DE2445370A1 - Kernreaktor-steuergruppe - Google Patents

Description

Patentanwälte

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530-23.218P 23. 9. 1974

1. Vladimir Alexandrovich Budnikov, Gorky (UdSSR)

2. Vladimir Ivanovich Evseev, Gorky (UdSSR)

3. Oleg Borisovich Samoilov, Gorky (UdSSR)

4. Jury Petrovich Sukharev, Gorky (UdSSR)

Kernreaktor-Steuergruppe

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor, insbesondere auf eine Kernreaktor-Steuergruppe, die vorwiegend in Kernreaktoren für schnelle Neutronen verwendet wird.

Bekannt ist eine Kernreaktor-Steuergruppe, die Elemente mit einem neutronenab sorbierenden Werkstoff (kurz Neutronenabsorber genannt) und eine mit ihnen in Verbindung stehende Kammer zum Sammeln von Gas enthält, das sich bei der Absorption der Neutronen durch den Neutronenabsorber entwickelt (vgl. z. B. GB-PS 85 948, Kl. 39/4/C).

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In der erwähnten Kernreaktor-Steuergruppe befindet sich die Gassarnmelkammer über den oberen Stirnseiten der Elemente mit dem Neutronenabsorber, d. h. die Gassammeikammer befindet sich bei in die Spaltzone vollständig eingetauchter Steuergruppe oberhalb der oberen Grenze der Spaltzone.

Die Betriebsdauer dieser Steuergruppe wird durch die Zeit bestimmt, in der der Gasdruck innerhalb der Absorptionselemente und der Gassammeikammer den (nach den Festigkeitsbedingungen der Hüllen der Absorptionselemente oder der Gassammeikammer) höchstzulässigen Wert erreicht. Da der Gasdruck der Gassammeikammer von deren Größe und der Gasmenge bestimmt wird, die sich beim Abbrand des Neutronenabsorbers entwickelt, wird bei tiefem Abbrand, der für moderne Kernreaktoren charakteristisch ist, das Volumen der Gassammelkammer mit dem Volumen des Neutronenabsorbers selbst vergleichbar.

In der beschriebenen Steuergruppe kann die Gewährleistung ihrer erforderlichen Betriebsdauer unter Bedingungen tiefen Abbrandes infolge der Anordnung der Gassammeikammer im Stirnteil der Steuergruppe zur beträchtlichen Vergrößerung der gesamten Länge der Steuergruppe führen (etwa um die Höhe des Absorptionselementes), was eine Vergrößerung der Höhenabmessungen des Kernreaktors und somit der gesamten Kernenergieanlage mit sich bringt. Dies ist unerwünscht aus konstruktiven und wirtschaftlichen Gründen, so daß die Länge und somit die Betriebsdauer einer solchen Steuergruppe begrenzt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernreaktor-Steuer-

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gruppe zu schaffen, deren Aufbau eine Verkürzung ihrer Länge bei Beibehaltung bzw. Vergrößerung ihrer Betriebsdauer gewährleistet.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Kernreaktor-Steuergruppe, die Elemente mit einem Neutronenabsorber und eine mit ihnen in Verbindung stehende Kammer zum Sammeln von Gas enthält, das sich bei der Neutronenabsorption durch den Neutronenabsorber entwickelt, dadurch gelöst, daß die Elemente mit dem Neutronenabsorber auf mindestens einer Kreislinie angeordnet sind, innerhalb der sich die Gassammelkammer befindet.

Es ist zweckmäßig, daß die Kreislinien, auf denen die Elemente angeordnet sind, konzentrisch liegen.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Kernreaktor-Steuergruppe gestattet es, ihre Höhe sowie die Höhe des gesamten Kernreaktors be^ trächtlich zu verringern. Hierbei wird die Betriebsdauer der Steuergruppe beibehalten, und es bleiben praktisch die radialen Abmessungen der Spaltzone des Kernreaktors erhalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kernreaktor-Steuergruppe,

Fig. 2 einen Kernreaktor mit der erfindungsgemäßen Steuergruppe im Längsschnitt,

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Fig. 3 einen Schnitt III-III von Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt IV-IV von Fig. 1,

Fig. 5 den Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kernreaktor-Steuergruppe.

Die erfindungsgemäße Steuergruppe 1 (Fig. l) eines Kernreaktors 2 (Fig. 2) ist zur Steuerung des Neutronenflusses in der Spaltzone 3 des Reaktors 2 bestimmt, der hier ein schneller Reaktor ist.

Die Spaltzone 3 (Fig. 3), in der mehrere Steuergruppen 1 angeordnet sind, ist jeweils von Stirn- und Seitenbrutzonen 4, 5 (Fig. 2) sowie von einem Neutronenschild 6 umgeben. Brennelementbündel 7 (Fig. 3) der Spaltzone 3 sowie Brennelementbündel 8 der Seitenbrutzone 5 sind jeweils in einer oberen und einer unteren Platte 9 (Fig. 2) einer Druckkammer 11 des Reaktors 2 befestigt, in denen auch Leithülsen 12 (Fig. 1) der Steuergruppen 1 befestigt sind.

In jeder Leithülse 12 sind zwölf Absorptionselemente 13 (Fig. 4) angeordnet, und in einer liftdichten Hülle 14 jedes Absorptionselementes 13 befindet sich ein Neutronenabsorber 15 auf der Basis von B Die Absorptionselemente 13 sind in einer unteren und einer oberen Tragplatte 16 (Fig. l), 17 befestigt'und längs einer Kreislinie angebracht, innerhalb der eine Kammer 18 zum Sammeln des Gases angeordnet ist, das sich bei der Absorption der Neutronen durch den Neutronenabsorber 15 entwickelt. Die Gassammeikammer 18 ist hier als eine Hülse ausgeführt, die an den Stirnseiten abgedeckt ist und mit den Absorptionselementen 13 mittels Stutzen 19 in Verbindung steht.

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Die Anordnung der Gassammeikammer 18 innerhalb der Kreislinie, auf der die Absorptionselemente 13 angeordnet sind, gestattet es, die gesamte Länge der Steuergruppe 1 um eine Größe zu vermindern, die in den bekannten Steuergruppen von der Höhe der Gassammelkammer selbst bestimmt wird und hierdurch ermöglicht, die Höhe des Reaktors unter Beibehaltung der Betriebsdauer seiner Steuergruppe bei praktisch gleichbleibenden radialen Abmessungen der Spaltzone zu vermindern. Letzteres ist dadurch bedingt, daß das Volumen des Neutronenabsorbers einen recht geringen Anteil des Volumens der ganzen Spaltzone bildet. Deswegen wirkt sich die zusätzliche Volumenvergrößerung der Spaltzone dank der Unterbringung der Gassammeikammer innerhalb der Kreislinie, gebildet von den Absorptionselementen mit einem Volumen, das gleich oder größer (zwecks Erhöhung der Betriebsdauer der Steuergruppe) als das Volumen des Neutronenabsorbers ist, praktisch nicht in einer Vergrößerung der radialen Abmessungen der Spaltzone aus.

Die Steuerung des Neutronenflusses im Kernreaktor 2 (Fig. 2) während dessen Betrieb erfolgt durch Verschiebung der Steuergruppe 1 (Fig. 3) in bezug auf die Spaltzone 3 innerhalb der Leithülse 12, wozu zwischen dieser und den Absorptionselementen 13 (Fig. l) ein Spalt

20 vorgesehen ist.

Zur Abfuhr der sich entwickelnden Energie werden die Steuergruppe 1 wie auch die Brennelementbündel 7 (Fig. 3) von einem Kühlmittel umflossen, das aus der Druckkammer 11 (Fig. 2) durch Fenster

21 (Fig. 1) in der unteren Tragplatte 16 ankommt und durch Fenster in der oberen Tragplatte 17 abgeführt wird.

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Bei der Anordnung der Steuergruppe 1 zwischen der oberen und der unteren Grenze 23 und 24 der Spaltzone 3 (Fig. 2) wird sie durch Überführung der oberen Tragplatte 17 (Fig. l) auf die obere Stirnseite 25 der Leithülse 12 festgelegt. Zur Verschiebung der Steuergruppe 1 in bezug auf die Spaltzone 3 (Fig. 2) ist aber im oberen Teil der Steuergruppe 1 (Fig. l) ein Kopf 26 ausgeführt, mit dem ein Stab 27 (Fig. 2) eines entsprechenden Antriebs 28 zusammenwirkt. Alle Antriebe sind auf einem Deckel 29 eines Gehäuses 30 des Reaktors 2 angeordnet, der vom Kühlmittel umflossen wird, das in das Gehäuse 30 durch Druckstutzen 31 gelangt und mittels Abflußstutzen 32 abgeführt wird.

Möglich ist auch ein Ausführungsbeispiel der Kernreaktor-Steuergruppe, das dem oben beschriebenen ähnlich ist.

Der Unterschied besteht bei diesem Ausführungsbeispiel darin, daß die Steuergruppe 1 (Fig. 5) auch Absorptionselemente 33 enthält, die den Absorptionselementen 13 ähnlich sind. Die Absorptionselemente 33 sind ähnlich wie die Absorptionselemente 13 befestigt und längs einer Kreislinie angeordnet, die zur Kreislinie konzentrisch liegt, auf der die Absorptionselemente 13 angeordnet sind. Die Verbindung der Absorptionselemente 33 mit der Gassammeikammer 18 erfolgt mittels Stutzen 34.

Der Betrieb der erfindungsgemäßen Steuergruppe 1 (Fig. l) des Kernreaktors 2 (Fig. 2) ist bei den beiden Äusführungsbeispielen ähnlich und besteht in der Absorption von Neutronen der Spaltzone 3 und somit in der Änderung des Neutronenleistungsniveaus des Reaktors 2. Das sich infolge des Abbrandes des Neutronenabsorbers 15 (Fig. l) entwickelnde Gas (Helium) füllt den freien Raum sowohl der Absorp-

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tionselemente 13, 33 selber (Fig. 5) wie auch das Volumen der Gassammelkammer 18, indem es in diese durch die Stutzen 19 (Fig. l) und 34 (Fig. 5) gelangt.

Die erfindungsgemäße Kernreaktor-Steuergruppe gestattet es, die Höhe der Steuergruppe und des gesamten Reaktors zu verringern und hierdurch eine erhebliche Einsparung an Kosten der Kernenergieanlage dadurch zu erzielen, daß die Kammer, die zum Sammeln des Gases dient, ,das sich während des Betriebs der Steuergruppe beim Abbrand des Neutronenabsorbers entwickelt, innerhalb des von den Absorptionselementen gebildeten Ringes angeordnet ist und keine Fortsetzung des Aufbaus dieser Absorptionselemente darstellt, wie es bei den bekannten Bauarten der Fall ist. Hierbei bleiben gegenüber den bekannten Steuergruppen die Betriebsdauer der Steuergruppe und praktisch auch die radialen Abmessungen der Spaltzone beibehalten, weil das Volumen, das von den Steuergruppen in der Spaltzone eingenommen wird, einen sehr geringen Anteil des Volumens der ganzen Spaltzone ausmacht.

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Claims (2)

1. 244537Q

   Patentansprüche

   IJ Kernreaktor-Steuergruppe, die Elemente mit einem Neutronenabsorber und eine mit ihnen in Verbindung stehende Kammer zum Sammeln von Gas enthält, das sich bei der Neutronenabsorption durch den Neutronenabsorber entwickelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (13) mit dem Neutronenabsorber (15) auf mindestens einer Kreislinie angeordnet sind, innerhalb der sich die Gassammelkammer (18) befindet.
2. 2. Steuergruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreislinien, auf denen die Elemente (13, 33) angeordnet sind, konzentrisch liegen.

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