DE2424994C2

DE2424994C2 - Notabschaltstab für Kernreaktoren

Info

Publication number: DE2424994C2
Application number: DE2424994A
Authority: DE
Inventors: Gerard Maisons Laffitte Brugeille; Hubert Henri Leon Chatou Taulier
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1973-05-22
Filing date: 1974-05-22
Publication date: 1983-06-16
Also published as: FR2230984B1; US3981598A; GB1447931A; DE2424994A1; FR2230984A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Notabschaltstab für Kernreaktoren, insbesondere natriumgekühlte Kernreaktoren, mit einem Schmelzteil, welches bei Grenzwertüberschreitung der Temperatur und/oder des Neutronenflusses schmilzt, was zu einer

Freigabe von Neutronenabsarptionsteilen führt

Es sind bereits Notabschaltstäbe bekannt (siehe CH-PS 4 05 351), bei welchen zur Halterung des Neutronen absorbierenden Materials eine Substanz vorgesehen ist, die bei Überschreitung der normalen Betriebstemperatur des Kernreaktors schmilzt, wodurch das Neutronen absorbierende Material unter Schwerkraftwirkung in Richtung des Reaktorkernes einfällt, was zu der gewünschten Abschaltung des Kernreaktors führt

Es zeigt sich jedoch, daß bei derartigen Notabschaltstäben auch während des normalen Betriebs des Kernreaktors ein ungewünschter Fließvorgang zustandekommt was ein vorzeitiges Auslösen der Notabschaltung nach sich ziehen kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Notabschaltstab der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Auslöseschwellwert der Notabschaltung über lange Zeiträume und viele Betriebszyklen hinweg einen konstanten Wert aufweisL

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Bereich des Schmelzteils ein die Neutronenabsorptionsteile haltendes Reaktionsteil vorgesehen ist welches infolge unmittelbaren Kontaktes mit der Schmelze des Schmelzteils und einer dadurch bedingten exothermen Reaktion bzw. Legierungsbildung seine Festigkeit verliert und damit die Freigabe der Neutronenabsorptionsteiie auslöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche 2 bis 8.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines Reaktorkerns, in dem zwei Notabschaltstäbe angeordnet sind,

Fig.2 einen Schnitt durch den oberen Teil des Notabschaltstabes b nach Fi g. I und

Fig.3 einen Schnitt durch den unteren Teil dss Notabschaltstabes b nach F i g. 1.

In F i g. 1 ist die Einrichtung zutr Notabschalten des Reaktors und seine Anordnung in einem flüssignatriumgekühlten Reaktor wiedergegeben. Ein Brennelement 2 ist in herkömmlicher Weise mit einem Gehäuse 4 versehen, in dem sich Teile 8 des oberen Brütermantels 6 und Brennelementstifte 10 befinden, die den eigentlichen Reaktorkern 12 und in ihrem unteren Teil den unteren Brütermantel 14 bilden. In dem Gehäuse 4 strömt von unten nach oben das Flüssignatrium. Im Brennelement 2 ersetzt der eigentliche Notabschaltstab 16 Teile des oberen Brütermantels und der Brennelementstifte 10. Er weist ein Rohr 18 auf, das in Höhe des Reaktorkerns 12 einen vergrößerten Durchmesser hat. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel besteht das Rohr 18 vorzugsweise aus rostfreiem Stahl; die äußere Querschnittsform ist sechseckig und die innere Querschnittsform rund. Das Rohr 18 ist mit Argon gefüllt Es ist mit dem Gehäuse 1 des Brennelements 2 fest verbunden, z. B. mittels eines Bauteils 20 und durch ein Gitter, das auch die Brennelementstifte 10 festhält Schematisch dargestellt enthält der Notabschaltstab 16 in seinem Oberteil eine temperaturempfindliche Sicherung 22. An der Sicherung 22 ist ein rostfreier Stahldraht 24 befestigt, der bis in den Kern 12 hinabreicht, wo er eine zweite Sicherung 26 hält. Die zweite Sicherung 26 befindet sich normalerweise, vgl. Stab b, im zentralen Bereich des Kerns 12. Auf der zweiten Sicherung 26 ruhen, hintereinander und von unten nach oben, ein Verbindungsrohr 28, zehn Borkarbidteile 30 und ein

Stahl-Ballasttejl 32, Dia ?rste Sicherung 22, dis weiter unten ausführlich beschrieben wird, ist temperaturempfindlich, d.h. wenn die Temperatur einen Grenzwert überschreitet, schmilzt die Sicherung 22 und gibt den Draht 24 frei. Dadurch können das Verbindungsrohr 28, die Borkarbidteile 30 und das Ballastteil 32 einschließlich des Drahtes 24 auf den Boden 34 des Rohrs 18 fallen, «'ie das der Stab a zeigt Das Verbindungsrohr 28 ist so lang, daß sich dann alle Borkarbidteile 30 in der dargestellten Lage in Höhe des Reaktorkerns 12 befinden. Auf diese Weise wird die notwendige negative Reaktivität zum Außerbetriebsetzen des Reaktors eingeführt

Die zweite Sicherung 26, die weiter unten ausführlich beschrieben wird, trennt da? Verbindungsrohr 28 vom Draht 24, wenn der Neutronenfluß im Reaktorkern 12 einen bestimmten Grenzwert überschreitet In diesem Fall wird das Rohr 28 gegenüber dem Draht 24 frei, und die Borkarbidteile 30, das Rohr 28 und das Ballastteil 32 fallen ohne den Draht 24 bis auf den Boden 34 des Rohrs 18. Auch in dieser Lage befinden sich die Borkarbidteile 30 in Höhe des Reaktorkerns 12, wo sk: ebenfalls die gewünschte negative Reaktivität einführen.

Nun wird der Aufbau der oberen Sicherung 22 näher beschrieben. Die Sicherung 22 enthält eine kieine, zylindrische Calcium-Tablette 36 von etwa 20 g. Die Tablette 36 ist mit dem Rohr 18 mittels Einschnürungen 38,38' fest verbunden. In die Tablette 36 wird das obere Ende 40 des Drahtes 24 fest eingebracht z. B. eingegossen. Die Tablette 36 kann die Last die fest mit dem Draht 24 verbunden ist ohne Fließen tragen, da ihr Schmelzpunkt (850⁰C) weit entfernt ist von der Normalbetriebs-Temperatur des Reaktors (560⁰C). Die Sicherung 22 enthält weiterhin eine über der Tablette 36 angeordnete Aluminiumtablette 42. Die Tablette 42 ist mit dem Rohr 18 durch die Einschnürung 38 fest verbunden, wodurch zwischen den beiden Tabletten ein Raum 44 geschaffen ist.

Die untere Sicherung 26 enthält ebenfalls eine zylindrische Calcium-Tablette 46, in der das untere Ende des Drahtes 24 fest eingebracht, z. B. eingegossen, ist Die Tablette 46 ist an ihrer Unterseite mit einer Schale 48, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, verbunden. Die Schale 48 ist mit dem Verbindungsrohr 28 mitteis (nicht dargestellter) Zugstäbe verbunden, die durch die Calcium-Tablette 46 hindurchtreten. Die Sicherung 26 weist weiterhin einen Zylinder 50 auf, der von einer Axialöffnung 51 durchsetzt ist und der sich nach unten erweitert Der Zylinder 50 ist entlang des größten Teils seiner Längsausdehnung mit Rippen 52 versehen und an seinem Unterteil um einen Stutzen 54 verlängert, der einen Zylinderraum 56 bildet, in dem sich die Calcium-Tablette 46 befindet Ein mit dem Verbindungsrohr 28 verschweißter Bund 58, beispielsweise aus

to rostfreiem Stahl, verhindert eine direkte Berührung zwischen dem Zylinder 50 und der Tablette 46, Durch die Axialöffnung 51 tritt der Draht 24 und das Verbindungsrohr 28 hindurch. Der Zylinder 50 ist vorteilhaft aus Aluminium hergestellt Der Stutzen 54 enthält Teilchen, die sich unter der Einwirkung des Neutronenflusses aufheizen.

Die Wirkungsweise der Sicherung 26 ist folgende: Im Normalbetrieb (Normalfluß) ist die von den aufheizenden Teilchen abgegebene Wärme gering und wird von den Rippen 52 abgeführt Die Temperatur in Höhe der Sicherung 26 liegt in der Größenordnung von 500⁰C, und der Stutzen 54 weist eine Temp^atur von etwa 600⁰C auf. Ein Verdoppeln des Neutronen:!usses zieht das Schmelzen des Stutzens 54 nach sich, der getrennt von seinen Rippen 52 seine Temperatur erhöht. Dann fließt die Schmelze in die Schale 48, und das Aluminium beginnt m^:: dem Calcium zu reagieren,

in den F i g. 2 und 3 sind auch absorbierende Teile 30 und das Ballastteil 32 dargestellt die auf dem Draht 24

JO mittels Axialbohrungen 59 aufgereiht sind.

Die vorstehend beschriebenen Sicherungen bestehen aus dem Paar Aluminium-Calcium. Dieses Paar erscheint zweckmäßig,
da das Schmelzen bei den gewünschten Temperaturhöhen erfolgt,

da die Massen und die Wärmeleitwiderstände gering sind und

da die beiden Werkstoffe neutronendurchlässig sind.
Allerdings sind auch andere Metallpaare wie Calci-

w um-Barium und Calcium-Magnesium, wobei das Calcium stets das Tragende bildet brauchbar.

Ebenso können, als tragender Werkstoff seltene Erden (Lanthan, Cer) verwendet werden, deren Reaktionen bei der Bildung von Legierungen mitunter stürmisch verlaufen, insbesondere mit Zink.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

t, Notabsvhaltswb für Kernreaktoren, insbesondere natriumgekohlte Kernreaktoren, mit einem Schmelzteil, welches bei Grenzwertüberschreitung der Temperatur und/oder des Neutronenflusses schmilzt, was zu einer Freigabe von Neutronenabsorptionsteilen führt, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Schmelzteils (42,54) ein die Neutronenabsorptionsteile (30) haltendes Reaktionsteil (36, 48) vorgesehen ist, welches infolge unmittelbaren Kontaktes mit der Schmelze des Schmelzteils (42, 54) und einer dadurch bedingten exothermen Reaktion bzw. Legierungsbildung seine Festigkeit verliert und damit die Freigabe der Neutronenabsorptionsteile (30) auslöst
2. Notabschaltstab nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzteil (42, 54) aus Aluminium, Barium, Zink oder Magnesium besteht
3. Notabschaltstab nach Anspruch 1 oder 2, w dadurch gekennzeichnet daß dem Schmelzteil (42, 54) Teilchen eines Werkstoffs beigefügt sind, welche sich bei Einwirkung eines Neutronenflusses aufheizen.
4. Notabschaltstab nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der Werkstoff Borkarbid ist bei welchem das Bor zu 100% aus Bor-10 besteht
5. Notabschaltstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Reaktionsteil (36, 48) aus Kalzium oder einer seltenen Erde besteht
6. Notabsrhaltstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stab ein Rohr aufweist in welchem die mit einer Axmrtrohrung versehenen Neutronenabsorptionsteile übereinander verschieb- JS bar angeordnet sind, durch wtxhe ein am oberen Ende des Rohrs befestigter Haltedraht geführt ist mit dsssen Hilfe die Neutronenabsorptionsteile von unten gehalten werden, dadurch gekennzeichnet daß das Reaktionsteil tablettenförmig ausgebildet und am Haltedraht befestigt ist.
7. Notabschaltstab nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß der Haltedraht (24) durch das an seinem oberen Ende befestigte tablettenförmige Reaktionsteil (36) gehalten wird, daß das oberhalb des Reaktionsteils angeordnete Schmelzteil ebenfalls tablettenförmig ausgebildet ist, wobei die Halterung dieser tablettenförmigen Teile (36,42) mit Hilfe von in die Rohrwandung (18) eingebrachter Einschnürungen (38,38') erfolgt. so
8. Notabschaltstab nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das tablettenförmige Reaktionsteil am unteren Ende des Haltedrahtes (24) befestigt ist und die Neutronenabsorptionsteile von unten hält, daß an der Unterseite des Reaktionsteils ^ss eine aus rostfreiem Stahl bestehende Schale (48) befestigt ist und daß das Schmelzteil das Reaktionsteil unter Aufrechterhaltung eines Ringspaltes (56) ringförmig umgibt.

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