DE2440250A1

DE2440250A1 - Fluessigkeitsgekuehlter kernreaktor

Info

Publication number: DE2440250A1
Application number: DE2440250A
Authority: DE
Inventors: John Graham Durston; John Richard Hind
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1973-08-24
Filing date: 1974-08-22
Publication date: 1975-02-27
Also published as: DE2440250C2; GB1461275A; FR2241850A1; BE819100A; US3945883A; JPS5050591A; IT1016873B; FR2241850B1; JPS5712114B2

Description

244025Q

PATENTANWÄLTE D 59 Siegen

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT Marburger Tor2 - Postfach

DIPL-ING. ROLF PÜRCKHAUER ' ™*η:<α»ι>6«7ο

Telegramm-Anschrift: Patschub, Siegen

74 039 Kü/A . ., _A

¹ ^ 21. AUG. 1974

United Kingdom Atomic Energy Authority, Charles II Street, London SWlY 4QP, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 40295/73 vom 24. August 1973 beansprucht.

Flüssigkeitsgekühlter Kernreaktor

Die Erfindung bezieht sich auf flüseigkeitsgekühlte Kernreaktoren.

Eine bekannte Konstruktion eines flüssigkeitsgekühlten Kernreaktors weist einen Kern auf, der auf einem Gitterrost innerhalb eines Primärbehälters aus Stahl abgestützt ist. Der Primärbehälter ist oben in einem vorgespannten Betonbehälter hängend angeordnet, der den Primär -Auf nahmeraum "bilde-fc. Der Kern ist in flüssiges Natrium eingetaucht und weist eine Vielzahl von Brennelement-Untergruppen auf, die nebeneinander auf dem Gitterrost dicht gepackt sind. Die Brennelement-Untergruppen weisen Je ein Bündel von in dichtem Abstand angeordneten schlanken Brennstoffstiften aus einem spaltbaren Material auf, wobei das Bündel von einem Stahlmantei eingeschlossen ist, durch welchen Natrium-Kühlmittel aufwärts in Wärmeaustausch mit den Brennstoffstiften geleitet wird. Im Falle des Verlustes von Kühlmittelströmung, wie dieser beispielsweise durch ein Blockieren einiger der Zwischen-

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räume zwischen den Brennstoffstiften verursacht werden würde, könnte die Temperatur des Brennstoffs genügend ansteigen, um diesen zum Schmelzen zu bringen, und der sich daraus ergebende geschmolzene Brennstoff könnte eine ausreichende Wärmekapazität haben, um ihn eventuell dazu zu bringen, das Material des Primärbehälters durchzubrennen, wodurch flüssiges Natrium in den Primär-Aufnahmeraum freigegeben würde. Ein Verfahren zur Minderung dieser Gefahr besteht darin, eine Auffangwanne für geschmolzene Brennstofftrümmer unterhalb des Gitterrostes vorzusehen. Eine solche bereits vorgeschlagene Auffangwanne weist eine Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten länglichen Trögen mit V-förmigem Querschnitt auf, die in Lagen angeordnet sind, wobei die Tröge irgendeiner Lage zueinander parallel verlaufen, wobei Jedoch die Tröge von abwechselnden Lagen in Richtungen senkrecht zueinander verlaufen. Die Tröge einer dritten Lage (die in der gleichen Richtung wie Jeneder obersten ersten Lage gelegt sind) sind zu den Trögen der ersten Lage so versetzt angeordnet, daß ein Auffang für Trümmer gebildet wird, die durch die Zwischenräume zwischen den Trögen der ersten Lage hindurchfallen. In ähnlicher Weise sind die Tröge einer vierten Lage zu Jenen der zweiten Lage versetzt angeordnet. Auf diese Welse kann eine Auffangwanne aus vielen Lagen gebildet werden, um eine Barriere zu bilden, die für Trümmer undurchlässig ist, welche aus dem Kern fallen, doch genügend durchlässig ist, damit flüssiges Natrium aufwärts durch natürliche oder erzwungene Konvektion fließen kann, um die Tröge wirksam zu kühlen. Schwierigkeiten ergeben sich Jedoch dabei, ein ausreichendes Haltesystem für die Tröge vorzusehen sowie einen ausreichenden Halt gegen Wärmeverformung, die während der Zeit wirksam wird, in welcher sie geschmolzenen Brennstoff enthalten. Wenn die Tröge aus Materialien mit extrem hohem Schmelzpunkt hergestellt wären, so könnten sich bei der Bildung von zufriedenstellenden Endverschlüssen Probleme ergeben.

Erfindungsgemäß ist in einem flüssigkeitsgekühlten Kernreaktor, bei welchem der Kern innerhalb eines Primärbehälters gehalten ist,

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der flüssiges Kühlmittel enthält, in welches der Kern eingetaucht ist, eine Auffangwanne für aus dem Kern fallende Trümmer vorgesehen, die einen Komplex von nach oben offenen Sammelbehältern mit zentralen Stützsäulen aufweist, wobei die Behälter im Abstand voneinander und in Lagen in Gitterteilung angeordnet sind, wobei die Gitterteilung der Behälter in Jeder Lage zu den Gittertjeilungen der Behälter in einer anderen Lage so versetzt ist, daß obere Behälter teilweise die darunter liegenden Behälter überlappen, wobei die Haltesäulen sich durch von den Behältern in versetzter Teilung gebildeten Zwischenräume hindurch nach einem gemeinsamen Halte-Untergestell des Komplexes erstrecken, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Komplex von Behältern eine vollständige Auffangfläche für herunterfallende Trümmer bietet, während er für flüssiges Kühlmittel, welches durch Konvektion nach oben umläuft, durchlässig ist.

Die Erfindung findet Anwendung bei mit flüssigem Metall gekühlten Schnellneutronen-Reaktorkonstruktionen.

Vorzugsweise bestehen die Sammelbehälter aus konischen Schüsseln und sind in einer dreieckigen Gitterteilung in jeder Lage angeordnet, und der Komplex von Behältern weist drei Lagen auf. Konische Behälter können wirtschaftlich hergestellt werden und werden durch Temperatur nicht so leicht bis zu einem solchen Ausmaß verformt, daß die Verformung deren Kapazität zum Pesthalten geschmolzener Trümmer beeinträchtigen würde.

Alternativ können die Sammelbehälter auch rechteckig und in einem quadratischen Gittermuster angeordnet sein.

Die Auffangwanne kann zwei oder mehr derartiger Komplexe in gestapelter Anordnung aufweisen.

Die Zeichnungen veranschaulichen schematisch eine Ausführungsform der Erfindung in einem mit flüssigem Metall gekühlten Kernreaktor, und die Erfindung wird anhand dieser Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Dabei zeigt

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Fig. 1 eine Konstruktion eines Kernreaktors, während

Fig. 2 eine Konstruktion von Auffangwanne für den Kernreaktor in Draufsicht wiedergibt.

Fig. 1 zeigt einen Kern 1, der auf einem Gitterrost 2 innerhalb eines Primärbehälters 3 aus Stahl abgestützt ist. Der Primärbehälter ist am Dach 4 eines Primär-Aufnahmeraumes 5 aus Beton hängend angeordnet. Der Kern ist in einen Sumpf oder Tümpel 6 aus flüssigem Natrium eingetaucht und weist eine Vielzahl von Brennelement-Untergruppen (nicht dargestellt) auf, die nebeneinander dicht gepackt sind. Jede Brennelement-Untergruppe weist ein Bündel von in dichtem Abstand angeordneten schlanken Brennstoffstiften aus spaltbarem Material auf, welches in Stahl eingehüllt ist. Das Bündel wird von einem Stahlmantel von sechseckigem Querschnitt umschlossen, durch welchen Natrium aufwärts vom Gitterrost in Wärmeaustausch mit den Brennstoffstiften geleitet wird. Eine Auffangwanne 7 zum Aufsammeln von Trümmern, die aus dem Kern fallen, ist unterhalb des Kerns angeordnet.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist die darin dargestellte Auffangwanne 7 einen Komplex von nach oben offenen Sammelbehältern in Form von konischen Schüsseln 8 mit zentralen Stützsäulen 9 auf. Die Schüsseln sind mit Abstand zueinander und in drei Lagen 10, 11, 12 in einer dreieckigen Gitterteilung angeordnet. Die Gitterteilung der Schüsseln in Jeder Lage ist zu den Gitterteilungen der Behälter in den anderen Legen so versetzt angeordnet, daß die Schüsseln der oberen Lage 10 teilweise Schüsseln der zwischenliegenden unteren Lagen 11, 12 überlappen, und die Schüsseln der Zwischenlage 11 überlappen die Schüsseln der unteren Lage 12. Die Stützsäulen 9 erstrecken sich durch die Zwischenräume hindurch, die durch die Schüsseln in der versetzten Anordnung gebildet werden, nach einem gemeinsamen Halte-Untergestell 13 (Fig· 1) des Komplexes. Die Gesamtanordnung der Schüsseln ist so, daß eine vollständige Auffangfläche den Trümmern, wie beispielsweise geschmolzenem Brennstoff, dargeboten wird, die aus dem Kern

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fallen, doch besteht eine ausreichende Trennung, damit Natrium durch natürliche oder erzwungene Konvektionsströmung durch den Komplex hindurch nach oben strömen kann. Pur den Fall, daß obere Schüsseln überfüllt werden, würde der überlauf normalerweise von den unteren Schüsseln gehalten. Um einen Schutz gegen Beschädigung durch überlauf aus den untersten Schüsseln vorzusehen, können weitere Auffangwannen 7 in gestapelter Anordnung vorgesehen werden.

Bei anderen Anordnungen von Auffangwannen, die sich zur Verwendung in Kernreaktor-Installationen eigenen, könnten sowohl konische Schüsseln als auch rechteckige Behälter verwendet werden. Die konischen Schüsseln und rechteckigen Behälter könnten in einer Lage um die andere angeordnet werden, und die Haltekapazität der konischen Schüsseln könnte dadurch vergrößert werden, daß sie mit zylindrischen Aufsätzen versehen werden.

Pat ent ansprflehe

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Claims

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^ 21. AUG. 1974

Patentansprüche

(\) Flüssigkeitsgekühlter Kernreaktor mit einem Kernreaktorkern, der in einen Sumpf oder Tümpel aus Kühlmittel in einem Primärbehälter eingetaucht ist, sowie mit einer Auffangwanne für Brennstofftrümmer, die aus dem Kern fallen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne einen Komplex von nach oben offenen Sammelbehältern (8) mit zentralen Stützsäulen (9) und einem Untergestell (13) zum Abstützen der Sammelbehälter aufweist, daß - die Behälter im Abstand voneinander und in Lagen (10,11,12) in einer Gitterteilung angeordnet sind, daß die Gitterteilung der Behälter in Jeder Lage zu den Gitterteilungen der Behälter in anderen Lagen so versetzt angeordnet ist, daß obere Behälter teilweise die darunter liegenden Behälter überlappen, und daß die Stützsäulen sich durch von den Behältern in versetzter Teilung gebildete Zwischenräume hindurch nach dem Halte-Untergestell (13) erstrecken, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Komplex von Behältern eine geschlossene Auffangfläche für herabfallende Trümmer bietet, während er für flüssiges Kühlmittel, welches durch Konvektionsströmung nach oben fließt, durchlässig ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelbehälter (8) konische Schüsseln sind, die in einer dreieckigen Gitterteilung in Jeder Lage angeordnet sind, wobei der Komplex drei Lagen von Behältern aufweist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelbehälter (8) rechteckige Behälter sind, die in einem quadratischen bzw. rechteckigen Gittermuster in Jeder Lage angeordnet sind, wobei der Komplex von Behältern mindestens drei Lagen aufweist.

Ί. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komplex von Sammelbehältern (8) mindestens eine Lage aus konischen Schüsseln und mindestens eine Lage aus rechteckigen Behältern aufweist.

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5. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (7) eine Vielzahl von Komplexen von Sammelbehältern (8) in gestapelter Anordnung aufweist.

6. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkern (1) ein Schnellneutronen-Reaktorkern und das Kühlmittel (6) flüssiges Metall ist.

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