DE2515712A1

DE2515712A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2515712A1
Application number: DE19752515712
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Aleite; Uwe Dipl Phys Mertens
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1975-04-10
Filing date: 1975-04-10
Publication date: 1976-10-21
Also published as: SE7602358L; CH594266A5; BR7601433A; FR2307341B1; FR2307341A1; ES446709A1

Description

- 9. APR. 1975 KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den

Hammerbacherstr. 12 u.

VPA 75 P 9312 BRD Sm/Hgr

Kernreaktor

Wie in der Zeitschrift "Kerntechnik" 16. Jahrgang (1974), Nr. 10, Seiten 429 "bis 436, insbes. Seite 429 für einen Druckwasserreaktor beschrieben ist, muß man bei Kernreaktoren, die zur Leistungserzeugung dienen und deshalb große Abmessungen aufweisen, die Leistungsverteilung im Reaktorkern überwachen. Andernfalls können sich nämlich Leistungsdichte-Werte einstellen, die die zulässigen Betriebswerte überschreiten, ohne daß die Gesamtleistung des Reaktors dies erkennen läßt. Die bisher hierfür schon verwendeten Leistungsverteilungs-Detektoren zur Bestimmung der Leistungsdichte haben sich im allgemeinen bewährt und können mit additiver Information aus Meßwerten der Reaktorkühlmittelaufwärmspannen und um den Reaktordruckbehälter angeordneter Außen-Neutronenfluß-Meßkammern (Neutronenfluß-Außenkammern) für die vorgesehene Überwachung sowie für Begrenzungs- und Schutzschaltungen verwendet werden. Um bei dieser komplizierten Meßtechnik nicht auf ein Meßsystem angewiesen zu sein, ist jedoch ein diversitäres System erwünscht.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß entweder an einer im Zentrum des Reaktorkerns angeordneten Position allein mindestens vier Stränge von bewährten Neutronenfluß-Außenkammern oder an dieser Position und an "usätzlichen Positionen außerhalb des Reaktordruckbebälters mindestens vier Stränge von je über die Höhe des Reaktorkerns verteilten Neutronenfluß-Außenkammern angeordnet sind, und daß über den Querschnitt des Reaktorkerns verteilt oben und unten Temperaturmeßeinrichtungen in Mehrfachanordnung verteilt sind und daß die Neutronenfluß-Außenkammern und Temperaturmeßeinrichtungen elektrisch mit einer Meßeinrichtimg zur Wiedergabe der örtlichen Leistung verbunden sind.

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Die Erfindung ergibt eine zusätzliche Möglichkeit zur Überwachung der lokalen Leistungsdichte im Reaktorkern, bei der anstelle der bisher üblichen Neutronendetektoren der Kerninneninstrumentierung die etwas größeren, dafür jedoch sehr viel robusteren Neutronenfluß-Meßkammern eingesetzt werden, die bisher nur zur ,Außen-Instrumentierung dienten. Darüber hinaus liegen diese Neutronenfluß-Außenkammern entweder nur in einem ausbaubaren Rohr innerhalb oder insgesamt, wie beschrieben, innerhalb und außerhalb des Reaktordruckbehälters, so daß eine Auswechselung, wenn auch vielleicht mit Schwierigkeiten, jederzeit möglich ist, ohne daß der Reaktorbetrieb unterbrochen werden muß. Die Temperaturmeßeinrichtungen am oberen und unteren Rand des Reaktorkerns geben eine so gute radiale und azimutale Zusatzinformation, daß die Gesamtinformation der Neutronenfluß-Außenkammern und Thermoelemente alle an die Überwachung gestellte Anforderungen sicher erfüllt. Dazu trägt bei, daß Temperaturmeßeinrichtungen üblicherweise auch für die hohen Beanspruchungen durch Druck und Temperatur, die im Kernreaktor vorliegen, zuverlässig ausgebildet werden können und so praktisch für die gesamte Betriebszeit des Reaktors zur Verfügung stehen. Dies gilt besonders für die als Temperaturmeßeinrichtungen vorzugsweise verwendeten Thermoelemente. Daher läßt sich nach der Erfindung aus dem am Kühlmittelein- und -austritt des Reaktorkerns durch Temperaturmessung gewonnenen Bild der radialen Leistungsverteilung und der axialen Überwachung unterschiedlicher Neutronenflußdichten für den gesamten Kern die örtliche Leistungsdichte mit der notwendigen Feinheit der räumlichen Auflösung und Genauigkeit der Leistungswerte und Zuverlässigkeit der Meßmethode ermitteln.

Zur Erhöhung der Sicherheit und Verbesserung der Messung können jeder Temperaturmeßsteile vier Temperaturmeßeinrichtungen zugeordnet sein. Man erhält durch diese redundante Auslegung mit geringfügig örtlich unterschiedlicher Anordnung die Möglichkeit, die Signale der Temperaturmeßeinrichtungen störungsarm mehrfach und gemittelt,zum Beispiel nach dem 2-von-4-Mittel-

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wert-Bildungs-Prinzip auszuwerten. Jedenfalls können die wenigen denkbaren Störungen an den Temperaturmeßeinrichtungen und geringfügige Strömungsungleichheiten im Meßmedium keine unmittelbaren Betriebsstörungen durch unnötige Abschaltungen und unzuverlässigen Meßwert verursachen.

An den für die Neutronenfluß-Außenkammern vorgesehenen Stellen sollten sechs oder mehr Detektoren verteilt angeordnet sein, damit bei den heute üblichen Abmessungen von Reaktorkernen, die 3 m oder mehr in Höhe und/oder Durchmesser betragen können, eine genügend feine axiale Aufschlüsselung erreicht wird.

Die neue Einrichtung zur Ermittlung der örtlichen Leistungsverteilung ist, wie gefunden wurde, so zuverlässig, daß die Meßeinrichtungen mit einem Schutzsystem zur Abschaltung des Kernreaktors verbunden werden können, ohne daß deshalb unnötige Betriebsstörungen befürchtet werden müssen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das der Übersichtlichkeit halber stark vereinfacht nur anhand des in einem Reaktordruckbehälter angeordneten Reaktorkerns eines Druckwasser-Leistungsreaktors von zum Beispiel 1000 MWe in Grundriß und Seitenansicht gezeichnet ist.

In einem stählernen, zylindrischen Reaktordruckbehälter 1 ist der in bekannter Weise aus stabförmigen Brennelementen mit quadratischem Querschnitt zusammengesetzte, weitgehend zylindrische, d.h. mindestens in Quadranten deckungsgleiche Reaktorkern 2 angeordnet, in xLem durch Kernspaltung Wärme erzeugt wird. Die Wärme wird mit leichtem Wasser als Kühlwasser an nicht gezeichnete Dampferzeuger abgeführt, wie bekannt ist.

Die Höhe H des Reaktorkerns 2- beträgt zum Beispiel 3» 5 m, sein Durchmesser D ist 3 m. Deshalb ist es notwendig, die von verschiedenen Faktoren abhängige örtliche Leistungsdichte zu ermitteln, da aus der gesamten, im Reaktorkern erzeugten Leistung

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nicht mehr geschlossen werden kann, daß keine örtliche Überhitzung vorliegt.

Zur erfindungsgemäßen Instrumentierung sind entweder nur in der Mitte 3 des Reaktorkerns 4x6 Neutronenfluß-Außenkammern 10 oder zusätzlich an den vier Stellen 4, 5, 6 und 7» die in einem Abstand von 90° gleichmäßig um den äußeren Umfang des Reaktordruckbehälters 1 verteilt sind, jeweils weitere 4x6 Neutronenfluß-Außenkammern 10 über die Höhe H des Kerns gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Neutronenfluß-Außenmeßkammern 10 der bisher bewährten Art mit einem Durchmesser von etwa 50 mm und einer Länge von rund 300 mm sitzen in Schutzrohren 11, wobei das Rohr 11 an der Stelle 3 in der Mitte des Reaktorkerns 2 seinerseits an die nicht besetzte Stelle eines Brennelementes eingesetzt sein kann. Die einzelnen Detektoren 10 sind über die vereinfacht angedeuteten Leitungsbündel 12 mit einer elektronischen Schaltung oder einem Rechner 14 verbunden, in dem die Auswertung nach dem 2-von-4-Prinzip und gegebenenfalls eine Verstärkung der Meßsignale vorgenommen wird. Die Schaltung 14 dient auch als anzeigende oder gegebenenfalls schreibende Meßeinrichtung zur Wiedergabe der örtlichen Leistung.

Im Reaktorkern 2 sind ferner über den Kernquerschnitt mit der Fläche F von rund sieben m² möglichst gleichmäßig verteilt zehn bis fünfzig Thermoelemente 16 angeordnet, und zwar liegen die in Fig. 1 nur in einem Quadranten gezeichneten Thermoelemente, wie Fig. 2 erkennen läßt, einmal im oberen Bereich des Reaktorkerns 2 und zum anderen im unteren Bereich 18. Deshalb kann mit den Thermoelementen 16 die radiale und azimutale Verteilung der Temperatur für das von unten in Richtung der Pfeile 20 in den Kern 2 eintretende und das, wie die Pfeile 21 zeigen, oben aus dem Kern 2 austretende Kühlwasser ermittelt werden.

Die Thermoelemente 16 sind für ^ede durch ein Kreuz angedeutete Stelle in vierfacher Ausfertigung mit in Höhe und Umfangswinkel geringfügig unterschiedlicher Einbauart angeordnet. Ihre Signale, die einen Temperaturbereich von zum Beispiel 200 bis 400°C

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umfassen, können deshalb nach dem 2-von-4-Mittelwert-Bildungs-Prinzip ausgewertet werden. Hierfür kann ebenfalls die Anordnung 14 dienen, mit der alle Thermoelemente 16 in einer der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeichneten Weise elektrisch verbunden sind.

Die Signale der Neutronenfluß-Außenkammern 10 folgen der die Reaktorleistung bestimmenden Neutronenflußänderung praktisch unverzögert. Die Verzögerung der Thermoelemente 16 bei Temperaturänderungen beträgt höchstens 0,3 see. Mithin können beide Signale so kombiniert werden, daß die Schaltung 14 aus den axial verteilten Meßwerten der Neutronenfluß-Außenkammern 10 und den radial flächenhaft verteilten Meßwerten der Temperaturmeßeinrichtungen 16 ein genaues Bild der örtlichen Leistungsverteilung für den gesamten Reaktorkern 2 bildet. Die Auswertung ist trotz des geringen Aufwandes an Meßeinrichtungen so zuverlässig, daß davon auch Schutzsysteme des Kernreaktors angeregt werden können.

In der Fig. 2 ist ein Schutzsystem in bezug auf die Steuerung durch eine Schaltung oder einen Rechner 25 angedeutet, der bei Bedarf das Einfahren von nicht gezeichneten Steuerstäben veranlaßt, wie an sich bekannt ist, um die Reaktorleistung herabzusetzen. Anhand der erfindungsgemäßen örtlichen Überwachung können vom Rechner 14 auch Steuerstäbe in besonders geeigneten Positionen ausgewählt werden, zum Beispiel auch teillange Stäbe, die lokalen Überhitzungen gezielt entgegenwirken. Letztlich kann die neue Leistungsüberwachung über den Schutzrechner 25 aber auch eine vollständige Abschaltung des Kernreaktors veranlassen.

6 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

- 6 - VPA 75 P 9312 BRD Patentansprüche

{ 1.J Kernreaktor, insbesondere Druckwasserreaktor, zur Leistungserzeugung mit einem säulenförmigen Reaktorkern und darin angeordneten Detektoren zur Bestimmung der Größe des Neutronenflusses, mit Neutronenfluß-Außenkammern in außerhalb eines den Reaktorkern einschließenden Reaktordruckbehälters angeordneten Meßpositionen und mit Temperaturmeßeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß entweder nur im Kernzentrum (3) oder an mindestens vier außen um den Umfang des Reaktordruckbehälters (1) verteilten Stellen (4-7) und in der Mitte (3) des Reaktorkerns (2) mehrere über die Höhe (H) des Reaktorkerns (2) verteilte Neutronenfluß-Außenkammern (10) angeordnet sind, daß über den Querschnitt (F) des Reaktorkerns (2) oben und unten Temperaturmeßeinrichtungen (16) in Mehrfachanordnung verteilt sind und daß die Neutronenfluß-Außenkammern (10) und Temperaturmeßeinrichtungen (16) elektrisch mit einer Meßeinrichtung (14) zur Wiedergabe der örtlichen Leistung verbunden sind.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenfluß-Außenkammern (10) im Kernzentrum (3) von einem Schutzrohr (11) umgeben sind.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtungen Thermoelemente (16) sind.
4. Kernreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Temperaturmeßstelle vier Temperaturmeßeinrichtungen (16) zugeordnet sind.
5. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sechs oder mehr Neutronenfluß-Außenkammern (10) an einer Stelle (3_t 4-8) über die Höhe (H) des Reaktorkerns (2) verteilt angeordnet sind.

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6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (14) mit einem Regelungs-Begrenzungs- oder Schutzsystem (25) zur Abschaltung des Kernreaktors verbunden ist.

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