DE2410701C2

DE2410701C2 - Schneller Kernreaktor

Info

Publication number: DE2410701C2
Application number: DE2410701A
Authority: DE
Inventors: Jean-Marie Pierrevert Berniolles; Sabino Paris Gallo
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-03-07
Filing date: 1974-03-06
Publication date: 1983-03-31
Also published as: US3962032A; IT1009206B; BE811627A; DE2410701A1; SE407301B; JPS49125797A; GB1427673A; ES423992A1; JPS5949559B2; FR2220847B1; SU597351A3; FR2220847A1

Description

4. Schneller Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1—3, bei dem die Reaktorspaltzone von einem durch einen konischen seitlichen Ring mit der Wand des Hauptbehälters verbundenen horizontalen Belag getragen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebogene Rand (24) der Krempe (23) des Primärbehälters (16) sich direkt auf dem konischen Ring (44) in der Nähe seiner Verbindung mit der Wand des Hauptbehälters (2) abstützt.

5. Schneller Kernreaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebogene Rand (24) der Krempe (23) des Primärbehälters (16) mit dem Gegenleitblech (32) verbunden ist.

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen schnellen Kernreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem schnellen Kernreaktor der integrierten Bauweise, so wie er beispielsweise aufgrund der DE-OS 20 11 284 bekannt ist ist innerhalb eines aus dicken Betonwänden bestehenden äußeren Schutzschildes ein in etwa zylindrischer Hauptbehälter angeordnet in welchem wiederum der eigentliche Primärbehälter zu liegen gelangt Dieser in etwa rotationssymmetrisch aasgebildete Primärbehäiter besitzt einen unteren, verengten Bereich für die Aufnahme des eigentlichen Reaktorkerns sowie einen oberen, verbreiterten Bereich, wobei innerhalb des durch die Verbreiterung gebildeten Ringraumes die Wärmetauscher und Pumpen für das flüssige Natrium zu liegen gelangen. Der Primärbehälter bildet dabei gleichzeitig die Trennwand zwischen dem innerhalb des Primärbehälters befindlichen heißen Natrium und dem zwischen dem Primärbehäiter und dem Hauptbehälter vorhandenen kühleren Natrium. Der Primärbehälter ist dabei mit Hilfe einer an dem Boden des Primärbehälters angreifenden Tragkonstruktion innerhalb des Hauptbehälters gehalten.

Auch wenn eine derartige Konstruktion für schnelle Kernreaktoren kleinerer Bauweise im Bereich von 250 mw zufriedenstellende Resultate liefert, so zeigt sich doch, daß bei größeren Leistungen im Bereich von 1000 mw aufgrund der größeren Massen des im Inneren des Pnmärbehälters befindlichen flüssigen Natriums und des stärkeren Temperaturgradienten entlang des Primärbehälters Schwierigkeiten auftreten, welche insbesondere durch die freie Lagerung der oberen Ränder des Primärbehälters bedingt sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den schnellen Kernreaktor der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß auch bei größeren Leistungen des Kernreaktors eine gute Halterung des Primärbehälters innerhalb des Hauptbehälters zustandekommt.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgeführten Maßnahmen erreicht.

Aufgrund des im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehenen, nach unten umgebogenen Randes des Primärbehälters und der sich dadurch ergebenden Verbindungsmöglichkeit mit dem Hauptbehälter, ergibt sich eine wesentlich bessere Halterung des Primärbehälters innerhalb des Hauptbehälters, so daß selbst im Fall einer Auslegung des Kernreaktors für große Leistungen im Bereich von 1000 mw eine stabile Positionierung des Primärbehälters innerhalb des Hauptbehälters zustandekommt Durch diese Verbindung wird fernerhin erreicht, daß jedenfalls im Bereich der Verbindung des Primärbehälters mit dem Hauptbehälter die entsprechenden Wandungsbereiche der beiden Behälter auf der gleichen Temperatur gehalten werden, so daß das Auftreten von thermischen Spannungen weitgehend ausgeschlossen ist

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kernreaktors ergeben sich anhand der Unteransprüche 2 bis 5.

Die Erfindung soll nunmehr anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines schnellen Kernreaktors gemäß der Erfindung;

F i g. 2 einen Teilschnitt in größerem Maßstab gemäß Linie IT-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Detailansicht der Fig. 2, die den Übergang zwischen Primärbehäiter und Hauptbehälter wiedergibt,
Fig.4 einen Teilschnitt einer Ausbildungsform des

betrachteten Behälters.

In F i g. 1 ist schematisch ein schneller Kernreaktor dargestellt mit, wie allgemein üblich bei Anlagen dieser Alt, einem Außenaufbau 1 aus dicken Betonwänden; die einen Innenhohlraum mit großen Abmessungen umgeben, in dem ein Behälter aus Metall, insbesondere Stahl, angeordnet ist, der Hauptbehälter ?. genannt wird und dazu bestimmt ist, sowohl die Kernspaltzone zu enthalten und zu tragen als auch das flüssige Natrium für die Kühlung. Dieser Behälter ist außenseitig doppelt ausgefühi: durch ein paralleles und koaxiales Gehäuse 3, das einen Sicherheitsbehälter bildet bei Bruch oder Unglücksfall des Hauptbehälters 1 im Betrieb. Die Behälter 2 und 3 sind an ihren oberen Enden an einer dicken Platte 4 angehängt, die den Aufbau 1 und die Behälter abschließt durch Einschließen des aktiven Teils des Reaktors in den inneren Hohlraum. In der Platte 4 sind Verschlußdeckel 5, 6 und 7 befestigt, die Drehbewegungen relativ zueinander unterworfen werden können, um auf diese Weise in einer an sich bekannten Art den Zugang zur Kernspaltzone durch Handhabungsorgane zu ermöglichen, von denen übrigens später die Rede sein wird. In der Platte 4 sind jeweils senkrechte Öffnungen 8 und 9 vorgesehen für das Anbringen von einerseits Wärmetauschern 10 und andererseits Umwälzpumpen 11 durch die Platte, wobei die Figur jeweils ein sich gegenüberliegendes Beispiel wiedergibt, wobei die Anzahl der Wärmetauscher 10 und der Pumpen 11 beliebig sein kann und den Betriebsmerkmalen des Reaktors angepaßt ist. Vorzugsweise sind die Pumpen 11 und die Wärmetauscher 10 gleichmäßig um die senkrechte Achse des Hauptbehälters 2 verteilt, wobei z. B. jede Pumpe 11 mit einem oder zwei benachbarten Wärmetauschern 10 zusammenwirken kann.

Im Inneren des Behälters 2 ist die gesamte Kernspaltzone 12 angeordnet, der im wesentlichen einen zentralen Spaltbereich 13 aufweist, der von einem Brutmantel 14 umgeben ist, während Neutronenschutzvorrichtungen 15 an den Rändern der Spaltzone 12 «o angeordnet sind gemäß einem an sich klassischen Aufbau. Die Spaltzone 12 ist im Inneren eines zweiten Behälters, der Primärbehälter 16 genannt wird, angeordnet und ruht mit Hilfe eines Trägers 17 auf einem Tragbelag 18. Letzterer ist an seinem Rand an einem «5 konischen Ring 19 abgestützt, dessen äußerer Rand fest verbunden ist an Befestigungspunkten 20 der senkrechten Wand des Hauptbehälters 2, der seinerseits auf diese Weise durch das Zusammenwirken des Ringes 19 und des Belags 18 die Spaltzone 12 und den Behälter 16 trägt.

Erfindungsgemäß ist der Primärbehälter 16 eine Drehform um die gemeinsame senkrechte Achse des Hauptbehälters 2 und der Spaltzone 12 und enthält einen den oberen Teil des Trägers 17 bildenden waagerechten Boden 21 und eine senkrechte Wand 22, die sich in einer schrägen nach außen gerichteten Krempe 23 fortsetzt, wobei die Krempe 23 durch einen umgebogenen Rand 24 parallel zur senkrechten Wand 22 begrenzt ist, um im in den F i g. 1 und 2 dargestellten Beispiel durch eine ringförmige Klammer 24a in Höhe des Abstützpunktes 20 des konischen Rings 19 und des Hauptbehälters 2 (F i g. 3) verbunden zu sein.

Die schräge Krempe 23 des Primärbehälters 16 enthält außerdem in der Verlängerung der Wärmetauscher 10 und der Pumpen 11 öffnungen zum Durchtritt dieser Bauteile, von denen auf diese Weise ein Teil innerhalb und ein anderer Teil außerhalb des Primärbehälters ist Zu diesem Zweck enthalt jede Krempe 23 für jeden Wärmetauscher 10 eine durch einen senkrechten Flansch 25 begrenzte öffnung, der geeignet ausgebildet ist zum Zusammenwirken mit einer fest mit dem entsprechenden Wärmetauscher verbundenen Buchse 26, wobei die Elemente 25 und 26 zusammen eine Labyrinthdichtung bilden, in der der Druck eines geeigneten neutralen Gases aufrechterhalten werden kann (vgL z. B. deutsche Patentanmeldung P 21 39 495.6: Vorrichtung zur dichten Befestigung von Wärmetauschern in Reaktoren). In gleicher Weise ist die schräge Krempe 23 mit senkrechten zylindrischen Ringen 27 in Verlängerung des Durchtritts des Gehäuses der Umwälzpumpen 11 verbunden.

Der Primärbehälter 16 grenzt auf diese Weise im Inneren des Hauptbehälters 2 zwei abgetrennte Bereiche ab, wobei der erste Bereich 28 die Spaltzone 12 enthält und das heiße Natrium an seiner Austrittsöffnung sammelt, während der zweite Bereich 29 unterhalb des Primärbehälters 16 zwischen diesem und dem Boden des Hauptbehäiters 2 abgegrenzt ist, wodurch ein Sammelraum für das kalte Natrium gebildet ist. Um von einem Bereich in den anderen zu gelangen, wird das heiße Natrium im Bereich 28 durch die Wärmetauscher 10 geführt, dann an deren Ausgang in den Bereich 29 gedrängt, indem es sich frei ergießt, bevor es von den Pumpen 11 erhalten wird und in Umwälzleitungen 30 geschickt wird, um es in dem Träger 17 zu einem neuen Durchgang durch die Spaltzone 12 wieder einzubringen.

Im in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kernspaltzone 12 durch Zusammenwirken eines Trägers 17, eines Belags 18 und des konischen Ringes 19 mit dem Hauptbehälter 2 auf Höhe des Abstützpunkts 20 des Ringes 19 und des Behälters 2 gebildet, der die gebogene ringförmige Klammer 24a (F i g. 3) enthält, die an die Wand des Behälters 2 und an den Ring 19 des Behälters 2 angeschweißt ist. Der Hauptbehälter 2 legt dadurch selbst die Spaltzone 12 fest, was praktisch zwangsweise für den Behälter 2 eine gute Maßhaltigkeit durch Begrenzen seiner Temperatur auf einen gegebenen niedrigen Wert hervorruft, um im größtmöglichen Umfang die Auswirkungen der differentiellen Wärmedehnungen zu vermindern. Zu diesem Zweck können die senkrechten Wände des Behälters 2 ständig gekühlt werden durch eine Teilung des kalten Natriums, das aus dem Bereich 29 entnommen ist und sich umwälzt innerhalb eines durch ein erstes, sich parallel zur Wand erstreckendes Gehäuse gebildeten Leitbleches 31. Das Leitblech 31 ist doppelt ausgeführt durch ein Gegenleitblech 32, das es dem kalten Abkühl-Natrium ermöglicht, in Nachbarschaft zur Wand einen doppelten Weg zu durchlaufen, wobei die Leitbleche 31 und 32 zwischen sich und dem Behälter 2 einen ringförmigen engen Raum 33 abgrenzen. Vorzugsweise wird dieser Raum durch eine am untersten Ende des Randes 24 der Krempe 23 unter dem konischen Ring 19 vorgesehene Eintrittsöffnung 35 mit kaltem Natrium versorgt, wobei das Natrium nach dem Durchgang zwischen den Leitblechen 31, 32 durch eine Öffnung 36 hindurchgeht, die im Rand 24 vorgesehen ist, aber unterhalb des Endes des Leitblechs 32.

In F i g. 2 sind bestimmte andere wichtige Bestandteile des Reaktors dargestellt, im einzelnen die Brennelemente 37, die die Spaltzone 12 mit dem aktiven Teil 13 una dem Brutmantel 14 bilden, wobei die Elemente 37 bewegt werden können, insbesondere durch deren Einführung oder deren Entfernung aus der Spaltzone 12 mittels einer Handhabungsvorrichtung 38, die durch die

drehbaren Deckel 5, 6 und 7 führt, deren Relativ-Drehbewegungen es seinem untersten Ende mit einer Greifklammer 39 ermöglicht, auf irgendein Element 37 der Spaltzone 12 geführt zu werden, um es nach dem Ergreifen am Rand in einen Auffangbehälter 40 abzulagern. Letzterer kann durch ein geeignetes Stangen-System entlang einer Ausführrampe 41 entleert werden, die in eine am äußeren Rand des Hohlraums der Umfassung 1 über dem Rand der Verschlußplatte 4 angeordnete abgeschirmte Umsetzmaschine 42 mündet, wobei die Maschine 42 die Umsetzung der so aus der Spaltzone 12 entfernten Brennelemente 37 über eine zweite Rampe 43 ermöglicht, um sie in eine (nicht dargestellte) Lagerzone zubringen.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform eines Primärbehälters 16 mit niedrigem ringförmigem Absatz, der mit einem umgebogenen, sich gegen den unteren Teil des Hauptbehälters 2 abstützenden Rand versehen ist, weist zahlreiche Vorteile auf. In erster Linie und wie in Fi g. 2 dargestellt ist keinerlei gegenseitige mechanische Einwirkung zu befürchten zwischen dem Primärbehälter 16 und der Handhabungsvorrichtung 38 der Brennelemente 37, was übrigens die Anwendungsform ist, die sich für die Vorrichtung durchgesetzt hat. Weiterhin ermöglicht die Drehform des Behälters 16 die leichtere Erfassung der ausgeübten Spannungen für jeden Betriebszustand des Reaktors und die genauere Berechnung der mechanischen Festigkeit. Der Eigenaufbau des Behälters 16 ermöglicht schließlich das Erzielen einer wirksamen Vermischung des Natriums unter der Krempe 23 im Sammler für das kalte Natrium, den er teilweise begrenzt, und erreicht eine angemessene Abkühlung des Behälters durch Verwenden insbesondere der aus der Austrittsöffnung der Wärmetauscher 10 austretenden Natriumstrahlen. Es wird ebenso die Möglichkeit von toten Zonen unter der Krempe 23 beseitigt, was die natürliche Konvektion beträchtlich einschränkt, wodurch der Wärmeaustausch mit dem heißen Natrium in dem Bereich im Inneren des Primärbehälters 16 oberhalb der Krempe 23 im wesentlichen durch Zwangskonveklion vollzogen wird. Bei einer anderen Ausführungsform der Krempe 23 des Behälters 16 gemäß F i g. 4 ist der Belag 18, der die Spaltzone 12 durch Zusammenwirken mit dem Träger 17 hält, wieder vorhanden; jedoch ist der Verbindungsring des Belags 18 mit dem Hauptbehälter 2 in diesem Fall nicht mit dem umgebogenen Rand 24 der Krempe

23 verbunden, sondern stützt sich auf dem Boden des Behälters 2 direkt an einem Verstärkungsstück 45 ab. Bei dieser Ausbildungsform ist der umgebogene Rand

24 der Krempe 23 direkt mit dem unteren Ende des Gegenleitblechs 32 verbunden, wodurch die Entnahme des zwischen dem Leitblech 31 und der senkrechten Wand des Hauptbehälters 2 umgewälzten kalten Natriums bereits auf dem Niveau des äußersten Endes des Ringes 44 durch Durchtrittsöffnungen 46 erfolgt, wobei der Austritt des Natriums jenseits des Gegenleitblechs 32 durch Löcher 47 unter der unabhängigen Verbindung zwischen dem umgebogenen Rand 24 der Krempe 23 und der Außenfläche des Gegenleitblechs 32 erreicht ist. In einer Abwandlung kann der umgebogene Rand 24 der Krempe 23 den unteren Endabschnitt des Gegenleitbleches 32 ersetzen. Alle anderen im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 dargestellten Bauteile sind im übrigen beibehalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schneller Kernreaktor mit Kühlung durch Flüssigmetall, insbesondere Natrium, mit einem die Spaltzone des Reaktors enthaltenden Hauptbehälter mit senkrechter Achse, mit einem Primärbehäiter, der im Hauptbehälter angeordnet ist und die Sapltzone enthält, wobei der Primärbehälter die Trennung zwischen dem aus der Spaltzone austretenden heißen Flüssigmetall und dem aus in den Hauptbehälter hineinragenden Wärmetauschern austretenden kalten Flüssigmetall ermöglicht, und mit Umwälzpumpen für das aus der; Wärmetauschern austretende kalte Flüssigmetall, um es in die Spaltzone zurückzubringen, wobei der Primärbehälter einen seitlichen Absatz mit Durchtrittsringen für die Wärmetauscher und die Flüssigmetallpumpen aufweist, und wobei der Primärbehälter rotationssymmetrisch um die senkrechte Achse des Hauptbehälters ausgebildet ist, dadurch gekenn-ζ e i c h η e t, daß der Rand des Primärbehälters (16) eine Krempe (23) aufweist, welche durch einen nach unten umgebogenen Rand (24) fortgesetzt ist, der an seinem unteren Ende mit dem Hauptbehälter (2) verbunden ist

2. Schneller Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krempe (23) des Primärbehälters (16) unterhalb des oberen Endes der Spaltzone (12) angeordnet ist und an ihrem oberen Ende geringfügig über dem Austrittsniveau der Wärmetauscher (10) liegt

3. Schneller Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Hauptbehälters (2) mindestens aufweist:

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— ein Leitblech (31), das mit der Wand einen ringförmigen Umwälzraum für eine Aufwärtsströmung des dem aus den Wärmetauschern (10) austretenden kalten Flüssigmetallvolumen entnommenen Flüssigmetall bildet, und

- ein Gegenleitblech (32), welches mit dem Leitblech (31) einen ringförmigen Umwälzraum für die gleiche Flüssigmetallmenge bildet, die zum Rückführen in das kalte Flüssigmetallvolumen abwärts strömt