DE2628465B2 - Moderatoranordnung im kern eines atomkernreaktors, der mit geschmolzenem salz als brennstoff arbeitet und verfahren und halterung zum herstellen und zum ein- und ausfuehren der moderatoranordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Moderatoranordnung im Kern eines Reaktors, der mit geschmolzenem Salz als Brennstoff arbeitet, welches durch die Moderatoranordnung hindurchfließt, welches sich im Inneren eines durch einen unteren Boden-, einen oberen Decken- und einen seitlichen Reflektor begrenzten Raum befindet sowie Verfahren und Halterungen zum -to Herstellen und zum Ein- und Ausführen einer solchen Moderatoranordnung.

Ein in obenerwähnter Weise aufgebauter und Salzschmelze betriebener Atomkernreaktor ist Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 2 55 81 79.7-33.

Bekanntlich läßt man bei Reaktoren, die mit geschmolzenem Salz als Brennstoff arbeiten, ein Salz, das die Brut- und Spaltmaterialien enthält, in dem Reaktorkern umlaufen; dieses geschmolzene Salz übernimmt also gleichzeitig die Rolle des Brennstoffes so und die Rolle des primären Kühlfluids. In Primärwärmetauschern tauscht dieses geschmolzene Salz seine Wärme mit einem zweiten Fluid, das vorzugsweise wiederum ein geschmolzenes Salz ist. Dieses zweite Salz durchläuft einen Dampfgenerator, der einen Dampf liefert, der schließlich in einer Einrichtung zur Gewinnung von Elektrizität entspannt wird.

Vorzugsweise benutzt man als geschmolzene Brennstoffsalze das Fluorid des Plutoniums oder Uraniums oder schließlich eine Mischung von Uran- oder υθ Thoriumfluorid, die in Lithium- und Berylliumfluorid gelöst ist, um eine Mischung zu erhalten, die einen relativ niedrigen Schmelzpunkt, eine geeignete Fließfähigkeit und einen gelingen Dampfdruck hat. Diese Reaktoren haben den Vorteil, keine komplizierten Arbeitsvorgänge für das Wiederaufladen mit Brennstoff zu benötigen, da dieser in flüssiger Form vorliegt und nicht in Form von Stäben, wie in den Reaktoren des klassischen Typs. Jeweils in Abhängigkeit von dem verwendeten geschmolzenen Brennstoff und entsprechend der Art des Moderators, der in der Kernzone des Reaktors angeordnet ist, können diese Reaktoren mit einem Fluß von thermischen Neutronen oder einem Fluß von schnellen Neutronen arbeiten. Die vorliegende Erfindung betrifft den Fall der Reaktoren, die einen Fluß von thermischen Neutronen benutzen.

Weil der Brennstoff in flüssigem Zustand ist, muß man einen Moderator im festen Zustand benutzen, um die Heterogenität zu erhalten, die unbedingt fü^r eine gute neutronische Wirksamkeit erforderlich ist. Ein solcher Moderator ist Graphit, wie er auch bei bekannten und in der DT-AS 10 90 787 oder in der FR-PS 12 61 104 beschriebenen Atomkernreaktoren mit festem Brennstoff und Gaskühlung in Form von ohne Spiel aufeinander geschichteten Blöcken mit axialen Bohrungen für die Aufnahme von Brennstoffstäben und den Kühlgasdurchtritt verwendet wird. Bei den meisten bekannten Reaktoren dieser Bauart besieht die Moderatoranordnung aus Elementen, deren Länge gleich der Höhe des Reaktorkei ties ist.

Weil die mechanische Zugfestigkeit des Graphits, aus denen diese Elemente bestehen, gering ist und weil sich diese Festigkeit nach der Bestrahlung verringert denn der Graphit erfährt eine Strukturumwandlung, die nach einer vorherigen Volumenverringerur.g zu einem Aufblähen führt —, muß man periodisch die Moderatorelemerite herausnehmen, bevor sie sich zu stark aufblähen und sich verformen: denn das Bestehen eines Gradienten in dem Neutronenfeld bringt unterschiedliche Verformungen in den Elementen hervor, die ihre Biegung bewirken.

Die Handhabung dieser Elemente erfolgt gezwungendermaßen durch Ergreifen des oberen Endes, was eine Zugbeanspruchung des Materials mit sich bringt.

Außerdem bringt das biegende Verformen dieser langen Elemente zwei Hauptnachteile mit sich:

- spontane Brüche unter der Wirkung der inneren Beanspruchungsspannungen und

- ein Festklemmen, ohne daß der Aufblähvorgang bereits einen prohibitiven Wert erreicht hätte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, auf dem man zu einem Moderatoraufbau für einen mit Salzschmelze betriebenen Atomkernreaktor gelangen kann, der sich in einfacher Weise herstellen und auch wieder ausbauen läßt und dessen einzelne Elemente weder im Betriebe noch bei ihrer Handhabung Verbiegungen erfahren oder Zugkräften pusgesetzt sind, die ihre Formbeständigkeit oder ihre Haltbarkeit beeinträchtigen.

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von einer Moderatoranordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Moderatoranordnung in an sich bekannter Weise aus einer Aufschichtung von einzelnen Moderatorkörpern besteht die ohne Spiel aneinanderliegen und ein Netz von Zwischenräumen bilden, und daß durch diese Zwischenräume der Umlauf des geschmolzenen Salzes erfolgt.

Nach einem ersten Ausführungsbeispiel haben die Moderatorkörper die Form von Kugeln; alle diese Kugeln weisen die gleichen Abmessungen auf.

Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die gesamte Moderatoranordnung aus Körpern aufgebaut, welche die Form von prismatischen Blöcken mit vertikalen Seitenflächen haben und deren veri.Kaie Höhe wesentlich geringer ist als die gesamte Hohe der Moderatoranordnung.

Vorzugsweise ist der Querschnitt der Körper hexagonal, und jeder Körper ist mit einer Mehrzahl von vertikalen Kanälen für das Hindurchfließen der geschmolzenen Salze versehen.

Nach einem weiteren Kennzeichen dieser Ausführungsform besteht der Moderatoraufbau aus einer Zusammenfassung vertikaler nebeneinandergesetzter Säulen, wobei jede Säule aus einer Aufschichtung von Körpern besteht; die Kanäle in den Körpern, welche eine gleiche Säule bilden, sind jeweils in der gegenseitigen Verlängerung angeordnet.

Nach einer dritten Ausführungsform ist der Aufbau dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor einen inneren Kern und einen seitlichen äußeren Kern aufweist, wobei der innere Kern aus Säulen besteht, die durch Aufeinanderschichten von prismatischen Körpern erhalten sind, während der äußere Kern aus kugeligen Körpern gebildet wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Einführen und Ausführen des Moderatoraufbaus; das Verfahren hat mehrere Varianten, je nach der Art des Moderatoraufbaus.

Für den Fall kugeliger Moderatorkörper ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man die Menge derjenigen Kugelkörper, die zum Füllen der Kernzone notwendig sind, die durch einen unteren Boden, eine obere Decke und einen seitlichen Reflektor begrenzt ist, wie Schüttgut in den Kemraum hineinschüttet, und daß man für das Herausnehmen hydraulische oder pneumatische Transportmittel verwendet.

Vorzugsweise bewirkt man die geeignete Anordnung der kugeligen Körper, indem man ihre Gesamtheit Vibrationen unterwirft.

Für den Fall der prismatischen Körper bringt man in den Reaktor den gesamten Moderatoraufbau ein, der zuvor außerhalb des Reaktors auf einer Halterung zusammengebaut wurde, dann löst man die unterschiedlichen Moderatorkörper des Aufbaus von der Halterung.

Vorzugsweise besteht die Halterung aus einer Reihe von hohlen Stangen, auf welche die Säulen aus Moderatorkörpern mit ihrem zentralen Kanal aufgezogen sind; diese hohlen Stangen sind mit einer oberen Halteplatte verbunden und jede Säule aus Moderatorkörpern ist an ihrem Grunde durch ein vorübergehend wirksames Blockierstück mit der entsprechenden hohlen Stange verbunden.

In dem gleichen Fall ist das Herausnehmen des Moderatoraufbaus dadurch gekennzeichnet, daß man an die Stelle des geschmolzenen Salzes innerhalb des Raumes, der die Anordnung begrenzt, eine Flüssigkeit mit einer Dichte einbringt, die größer ist als die des Materials, aus dem die Moderatorkörper gebildet sind, so daß diese Körper in der Flüssigkeit aufschwimmen, und daß man sie aus der Flüssigkeit mit Hilfe einer Handhabevorrichtung herausnimmt, das lediglich die Körper erfaßt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind; es zeigt

F i g. 1 einen vertikalen Schnitt durch den Innenraum eines Atomkernreaktors miit einem Moderatoraufbau, der aus Kugeln besteht;

F i g. 2 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Einführen der Moderatoranordnung gemäß F i g. 1;

Fig.3 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Herausnehmen der Moderatoranordnung gemäß F i g. 1;

Fig.4 eine Teilansicht einer Ausführungsform der Moderatoranordnung aus prismatischen Blöcken;

F i g. 5 einen horizontalen Schnitt durch ein Viertel des Reaktoi kernes;

F i g. 6 einen Vertikalschnitt durch die Gesamtanordnung der Moderatoranordnung gemäß den F i g. 4 und 5;

Fig. 7 bis 15 die Ausführung und Handhabung einer ίο Vorrichtung für das Ein- und Ausführen der Moderatoranordnung gemäß den F i g. 4 bis 6;

F i g. 16 eine seitliche Ansicht einer Vorrichtung für das Ausführen der Moderatoranordnung der F i g. 6 und Fig. 17 einen vertikalen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der Moderatoranordnung.

In F i g. 1 ist der Kernteil eines Atomkernreaktors dargestellt. Der gesamte Reaktor befindet sich in einem äußeren, in der Figur nicht dargestellten Druckgefäß. Im Inneren dieses äußeren Gefäßes befindet sich ein zylindrischer Behälter 2, der in seinem unteren Teil durch einen Reflektor 4 begrenzt und geschlossen ist, und der öffnungen, wie 6, zum Einführen des Brennstoffsalzes hat. Im Inneren des Rohrschusses 2 und oberhalb des Reflektors 4 befindet sich ein seitlicher Reflektor 8, dessen Innenwand 10 die seitliche Begrenzung der eigentlichen Kernzone 12 bildet. Oberhalb dieser Kernzone 12 befindet sich ein oberer Reflektor 14, der an einem Schild 16 für den biologischen Schutz befestigt ist, der seinerseits von dem Stopfen des äußeren Druckgefäßes (nicht dargestellt) des Reaktors getragen wird.

Zwischen dem seitlichen Reflektor und dem oberseitigen Reflektor wird eine schmale Durchlaßzone 18 vorgesehen, über die der geschmolzene Brennstoff entweichen kann, um den primären, nicht dargestellten Wärmetauschern zuzufließen. Der geschmolzene Brennstoff wird wieder in die Kernzone 12 durch Pumpen eingespeist, die den Brennstoff in den unteren Teil des Kernes durch die öffnungen 6 hineindrücken. Der Brennstoff läuft in der Kernzone 12 um. Im allgemeinen kann man in dem Kernbereich einen äußeren unteren Kern 22, einen äußeren seitlichen Kern 26 von Ringform, einen oberen äußeren Kern 24 und schließlich einen inneren Kern 32 unterscheiden.
Wie bereits zuvor gesagt wurde, besteht die vorliegende Erfindung darin, daß man die Moderatoranordnung, welche den Kernbereich 12 einnimmt, mit Hilfe von Körpern ohne mechanische Verbindung miteinander ausfüllt, die in der Kernzone 12 aufeinandei so gestapelt werden, die unten durch den Reflektor 4 unc seitlich durch den Reflektor 8 begrenzt ist

Ganz allgemein ergeben sich Abmessungen dei

Moderatorkörper aus dem gewünschten neutronischei Moderationseffekt. Tatsächlich erkennt man sofort, dal entsprechend der Form dieser Körper der Bruchteil de Volumens im Kernbereich, der von dem Moderatorma terial, das die Körper darstellen, gebildet wire veränderlich sein kann. In dem Fall, in dem man ein einzige Moderatorzone in dem Kern hat, wird ma natürlich vorzugsweise eine gleiche Art von Körper benutzen, um den gesamten Raum des Kernes zu füllen, In der F i g. 1 ist eine einfache Form der Ausführun

einer Moderatoranordnung dargestellt, die einem ei wenig sophistischen Reaktor entspricht. In diesem Fa

f>5 sind die Zonen 22,24,26 und 32 einander gleich, d. h. da man den Kern als nur eine einzige Zone betrachtet.

Die Moderatorkörper bestehen aus Kugeln, d sämtlich den gleichen Durchmesser haben. Die:

Kugeln tragen das Bezugszeichen 13 und werden weiterhin auch Kugeln genannt. Die Kugeln 30 sind in den drei Richtungen mit den Nachbarkugeln in Berührung oder mit den Wänden des Kernraumes, d. h. den Reflektoren. Man erhält auf diese Weise eine festgefügte Struktur. Durch die Zwischenräume, die zwischen den Kugeln 30 bleiben, kann das geschmolzene Salz umlaufen. Man erkennt, daß man in diesem Fall eine einheitliche Moderatorwirkung erzielt. Die Kugeln werden aus Moderatormaterial, beispielsweise aus Graphit, hergestellt.

Das Einbringen einer solchen Moderatoranordnung ist sehr einfach. Man entfernt den oberen Schutzschild 16, bringt eine Schüttrinne 33 über den Kernraum, die aus einem nicht dargestelhen Kugelvorratsbehälter gespeist wird und man üchüttet — wie Stückgut — die Kugeln in den Kernbereich ein, bis eine korrekte Füllung erreicht ist, Man setzt dann den Schutzschild 16 wieder auf. Gleichzeitig mit dem Einschütten der Kugeln 30 bewegt man die gesamte Struktur durch nicht dargestellte Mittel. Man erhält so eine pseudorhomboedrische Struktur, die eine Struktur ohne Lücke darstellt.

Wie zuvor bereits angegeben, muß man periodisch die gesamte Moderatoranordnung auswechseln. Dieser Arbeitsgang ist im Falle der Moderatoranordnung gemäß Fig. 1 besonders einfach. Wie in der Fig.2 angegeben, genügt es, den Schilddeckel 16 abzuheben und dann mit Hilfe einer pneumatischen oder hydraulischen Saugvorrichtung; 35 die Kugeln 30 aus der Kernzone 12 herauszusaugen. Es genügt, die Saugvorrichtung 35 progressiv und stetig über die Lagen von Kugeln zu führen. Wegen der Kugelform der Kugeln ist dieser Arbeitsgang einfach und leicht.

Die soeben beschriebene Moderatorstruktur bzw. der Moderatoraufbau hat siahlreiche Vorteile in bezug auf die Probleme seines Einbringens und seines Herausnehmens. Indessen hat er den Nachteil, daß er nur einen einzigen Moderatorwert (das Verhältnis zwischen dem Volumen des Salzes und dem Volumen des Moderators) für den gesamten Kernbereich möglich macht. Er hat ebenfalls den Nachteil, daß er es nicht gestattet, Teildurchsätze der Brennstoffsalze in Abhängigkeit von den variablen spezifischen Leistungen einzustellen, die längs eines Radius des Kernes veränderlich sind.

Die Ausführungsvariante des Moderatoraufbaus, die nunmehr beschrieben wird, macht es möglich, diese beiden Nachteile auszugleichen, sie macht aber die Maßnahmen zum Einbringen und zum Herausnehmen der Moderatoranordnung schwieriger. Entsprechend dieser Ausführungsvariante haben die Moderatorkörper die Form von Blöcken oder prismatischen Gebilden, die einen horizontalen polygonalen Querschnitt haben, der unterschiedliche Gestaltungen zuläßt, aber in sämtlichen Fällen ist die Höhe dieser Moderatorkörper nur ein geringer Bruchteil der Höhe des Reaktorkernbereichs. Beispielsweise braucht man 8 Körper, um die Gesamtheit der Höhe des Kernes zu erhalten. Es dürfte klar sein, daß man auch eine unterschiedliche Anzahl, jeweils entsprechend den Kernabmessungen verwenden kann. &o

In den Fig.4 und 5 ist in Ansicht und im Horizontalschnitt eine spezielle Ausführung des Moderatoraufbaus veranschaulicht, bei der von Körpern ausgegangen wird, die die Form prismatischer Gebilde haben. In diesem Sonderfall hat jeder Moderatorkörper (Bezugszeichen 30') einen horizontalen hexagonalen Querschnitt und ist oben und unten durch eine im wesentlichen horizontale Fläche begrenzt; die Seitenflächen sind vertikal. Bei der dargestellten Ausführung umfaßt der Kernraum die vier Zonen 22, 24, 26 und 32, die vorher definiert wurden. Wie man aus F i g. 4 ersieht, sind die Körper 30' aufeinander gestellt, um Moderatorsäulen zu bilden, die das allgemeine Bezugszeichen 60 tragen. In der F i g. 4 sind nur drei Säulen dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen. Sie sind jeweils mit A, B und C bezeichnet. Die Säule A bildet einen Teil des seitlichen Kernbereiches 26. Um die Erfindung besser zu verstehen, muß man darauf hinweisen, daß keine Verklammerung zwischen den Körpern 30' besteht und jede Säule lediglich auf dem unteren Reflektor 4, beispielsweise durch Füße, aufliegt.

Mit Ausnahme der oberen Endblöcke 30a und des unteren Blockes 306 jeder Säule, die eine etwas besondere Form haben, stellen sich die anderen Körper 30' (die weiterhin übliche Körper benannt werden) in Form eines prismatischen Gebildes dar und sie sind innen mit vertikalen Kanälen, wie 40, versehen. Die Kanäle 40 der üblichen Körper einer gleichen Säule sind in ihrer gegenseitigen Verlängerung angeordnet. Man versteht, daß man so vertikale Kanäle über die gesamte Höhe des Reaktorkernes erzielt. Jeder Moderatorkörper 30' hat insbesondere einen zentralen Kanal 42, dessen bestimmte Rolle weiterhin erläutert wird. Die die unteren Endblöcke bildenden Körper 30Z> sind längs ihrer Achse von einer divergierenden öffnung 44 durchzogen, die in ihrem oberen Teil mit den gesamten Kanälen 40 und 42 des üblichen Körpers zusammenhängt und die an ihrem unteren Ende in einer axialen Durchlaßbohrung 46 endet, die an der Unterseite des Körpers mündet. Man versteht, daß für jede Säule des Moderatoraufbaus die geschmolzenen Salze durch die Durchlaßbohrung 46 eintreten, sich auf die Kanäle 42 und 40 über die divergierende öffnung aufteilen und an deren Ende in die erwähnten Kanäle eintreten, die sie am oberen Ende der Säule verlassen.

Obwohl keine Verklammerung zwischen den unterschiedlichen Körpern einer gleichen Säule vorhanden ist, kann jeder Körper vorteilhafterweise an seinem Umfang bzw. seinen Endflächen konische oder sphärische Zentrierteile aufweisen, die einesteils vorspringen (48) und zurücktreten (49). Ein leichter Zwischenraum oder Spielraum 51 kann zwischen zwei aufeinanderfolgenden Körpern bestehen bleiben bzw. offengehalter werden. Außerdem können die Körper auf ihrer seitlichen Flächen mit kleinen Abstandsrippen verseher sein, um Platz für eine dünne Schicht der geschmolzener Salze zu bilden.

Man versteht leicht, daß diese Moderatorkörper-An Ordnung in einer Moderatorstruktur im Kern eine; Reaktors es möglich macht, einerseits die Verhältniss< zwischen dem Volumen der geschmolzenen Salze zun Volumen des Moderators jeweils entsprechend den Gebiet des Kernes zu variieren und daß sie es außerden gestattet, die Teildurchsätze durch den Moderator de spezifischen Leistung einer gegebenen Säule anzupas sen; diese Leistung ist längs des Radius des Kerne veränderlich.

Das erste Ergebnis wird dadurch erhalten, daß ma auf den Durchmesser der Kanäle oder auf ihre ZaI^-einwirkt. In dem beschriebenen Beispiel sind di Durchmesser der Kanäle veränderlich. Die Säule / bildet eines der Elemente des seitlichen äußere IKernteiles 26. Sämtliche üblichen Körper 30' sind vo Kanälen 40 und 42 mit »großem« Durchmesser ( durchbohrt. Beispielsweise beträgt dieser Durchmesse 25 mm und man hat 43 gleichmäßig verteilte Kanal

(einschließlich des zentralen Kanals 42). Der Querschnitt eines Moderatorkörpers, der beispielsweise die Form eines Sechsecks hat, zeigt einen Abstand von 280 mm zwischen den Seitenflächen. Dadurch wird ein erster Moderatorwert bestimmt.

Wenn man die Säule B oder die Säule C betrachtet, stellt man fest, daß sie im inneren Kernbereich 32 und in den oberen und unteren Kernbereichen 24 und 22 liegt. In dem Bereich des inneren Kernes 32 besteht die Säule vollständig aus üblichen Moderatoriköirpern 30'c, welche die gleiche äußere Form haben wie die üblichen Körper 30', bei denen die Kanäle 40 und 42 einen verringerten Durchmesser </? haben, während die Anzahl der Kanäle die gleiche bleibt. Beispielsweise beträgt dieser Durchmesser 15 mm. Als Beispiel sei gesagt, daß dieser Teil der Säule durch Aufschichtung von 8 Moderatorkörpern erhalten wird, deren Höhe gleich 490 mm ist.

Bei dieser Säule ist die Zone des äußeren oberen Kernbereichs 24 aus dem oberen Endblock 30a gebildet, der Kanäle vom Durchmesser d_t hat (also gleicher Moderationswert wie für den seitlichen Kernbereich). Weiterhin ist der Bereich des unteren Kernteiles 22 aus dem Block 306 für den unteren Endbereich gebildet und durch einen üblichen Moderatorkörper 30', welcher Kanäle vom Durchmesser dt hat.

Die Einstellung der unterschiedlichen Durchsätze in den Säulen entsprechend ihrer Lage in dem Kernbereich wird erhalten, indem man den Durchmesser der Durchlaßbohrung 46 verändert. Beispielsweise haben die Säulen A und B Durchlaßbohrungen 46 von verringertem Durchmesser, denn sie nehmen relativ außen gelegene Stellungen in dem Kernbereich ein. Im Gegensatz hierzu ist die Säule C, die eine mehr zentrale Stellung einnimmt, mit einem vergrößerten Durchlaßbohrungsdurchmesser ausgestattet. Beispielsweise können diese Durchmesser von 22 bis 105 mm veränderlich sein.

In der F i g. 6 ist die Gesamtheit des Kernbereiches des Reaktors mit der Moderatoranordnung dargestellt, die bereits mit den Fig.4 und 5 beschrieben wurde. ⁴" Diese Figur zeigt, daß in dem zentralen Bereich der Kern eine spezielle Struktur 52 aufweist, in der sich Steuerstäbe 55 des Reaktors be «regen können (siehe F i g. 5). Diese sind in Graphitsäulen untergebracht, die auch aus aufeinandergeschichteten »Kuchen« bestehen, die ineinander eingreifen. Man versteht, daß diese Säulen eine »Lücke« in dem Moderatornetz bilden oder schaffen.

Es wird nunmehr ein Verfahren zum Einbringen einer Moderatoranordnung erläutert, wie sie oben beschrieben wurde.

Die Form der Moderatorkörper 30' gestattet es nicht, daß sie natürlich oder selbst mit einer äußeren Hilfe eine lückenfreie Anordnung einnehmen. Man muß eine methodische Anordnung vorsehen, Körper hinter Körper, was industriell unvereinbar mit einem Reaktor ist, der bereits in Betrieb war (Arbeit aus größerem Abstand mit Fernhandhabung) wegen der Aktivität und der Verseuchung des Milieus. Ein Moderatorblock muß also außerhalb des Reaktors in seiner Anordnung <>o zusammengesetzt werden und dann in seiner endgültigen Form in den Reaktor eingebracht werden, wo er radial durch den seitlichen Reflektor blockiert ist. Er ruht dann auf dem unteren Reflektor, bevor er sich unter der Wirkung des Brennsloffsalzes unter den oberen Reflektor einfügt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 15 wird nunmehr die Variante des Verfahrens des Einbringens von Moderatorkörpern beschrieben, die die Moderatoranordnung eines Kernreaktors bilden, der mit geschmolzenem Salz als Brennstoff arbeitet, d. h. Varianten, bei denen die einzelnen Moderatorkörper aus prismatischen Blöcken bestehen, die einen zentralen Kanal 42 aufweisen.

Man wird hier nicht unter den unterschiedlichen Typen von Moderatorkörpern unterscheiden, die an der Bildung der Moderatoranordnung teilnehmen, da gegenüber dem Verfahren die einzige wichtige Bedingung ist, daß sie sämtlich die gleiche äußere Form haben und mit einem zentralen Kanal 42 versehen sind.

Das Verfahren zum Einbringen der Moderatorkörper besteht zunächst darin, daß man eine gewisse Anzahl von Säulen (A.B.. .), von denen eine das Bezugszeichen 60 tragende in der F i g. 7 dargestellt ist, herstellt. Eine derartige Säule setzt sich aus üblichen Moderatorkörpern 30' zusammen, welche die Form von prismatischen Blöcken (vorzugsweise sechseckig) haben und jeweils einen zentralen Kanal 42 aufweisen, der sie von der einen zur anderen Seite durchzieht. Um eine derartige Säule, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, zu bilden, fädelt man auf eine hohle Stange 66, die an ihrem oberen Ende ein Gewinde 68 aufweist, eine gewisse Anzahl dieser Moderatorkörper auf, bis eine Höhe erreicht ist, die derjenigen gleichkommt, die man der Moderatorstruktur geben wird, welche den Kern des Reaktors erfüllt. Ein Kragen 70, der ebenfalls eine zentrale Bohrung aufweist, dient als Anschlag am oberen Teil für die unterschiedlichen Moderatorkörper 30', diese Körper werden andererseits unten am unteren Ende der Kolonne durch ein vorläufiges Blockierungsstück 72 festgelegt, das — wie man weiterhin sehen wird — sich unbedingt in dem Augenblick, in dem die unterschiedlichen Moderatorkörper freigegeben werden sollen, leicht lösen muß.

Die Fig.8, 9 und 10 stellen als nicht begrenzende Beispiele drei Ausführungsmöglichkeiten des vorläufigen Biockierungsstückes 72 dar, das am Ende der Säule 60 sitzt.

In der Lösung nach Fig.8 arbeitet dieses Blockierungsstück mit pneumatischen Mitteln. Zu diesem Zweck ist das zentrale Rohr auf einem Teil seiner Höhe im Bereich des letzten Moderatorkörpers 30' geschlitzt und bildet zum Festhalten eine gewisse Anzahl von axial ausdehnbaren Lamellen 74, die eine gewisse Elastizität haben. Das Rohr 66 ist auf jeden Fall hohl und innen durch ein Kautschukrohr 76, das auch aus anderem plastischen Material bestehen kann, ausgekleidet, so daß es genügt, von dem oberen Ende des Rohres 66 dieses unter Druck zu setzen, um die Ausdehnung der Lamellen 74 zu erhalten, auf die sich dann die Gesamtheit der Säule 60 in ihrem unteren Teil abstützt. Die Lamellen 74 sind mit einer gewissen Elastizität versehen, so daß sie ihre normale Form und ihre zurückgezogene Stellung einnehmen, wie diese mit 78 bezeichnet ist, sobald der Druck im Inneren des Kantschukrohres 76 weggenommen wird. In diesem Augenblick wird die Gesamtheit der Modcrato-körpcr 30 erneut tür eine Verschiebebewegung längs des nohlen Rohres 66 frei,

Eine Variante dieses Blockicrstückcs oder dieser Blockieranordnung kann auf einfachere Weise, beispielsweise mit Hilfe eines elastischen Ballons erzielt werden, der am unteren Teil des Rohres 66 angeordnet wird und der in der aufgeblähten Lage eine Verriegelung der Säule 60 aus Moderatorkörpern 30' bildet.

In dem Schema der Fig. 9 ist das provisorische

Blockierstück 72 mit Hilfe von rein mechanischen Mitteln erzeugt. Zu diesem Zweck hat das Rohr 66 wie zuvor eine gewisse Anzahl von elastischen und verformbaren Lamellen 74, die willkürlich durch einen zentralen Finger 80 nach außen gedrückt werden, den man im Inneren des hohlen Rohres absenkt und der auf diese Weise das Blockieren der Säule 60 an dem Rohr 66 (rechte Seite der Fig.9) bewirkt. Wenn man im Gegensatz hierzu den Finger 80 in die Stellung 80a anhebt (linke Mitte der Fig.9), ziehen sich die verformbaren Lamellen 74 zusammen und geben die Kolonne 60 aus den Moderatorkörpern 30' gegenüber ihrem Halterohr 66 frei.

Bei der Variante der Ausführung gemäß Fig. 10 werden die unterschiedlichen Moderatorkörper wie 30', die auf das hohle Rohr 66 aufgezogen sind, durch ein Band oder Seil 82 festgehalten, das durch den inneren hohlen Teil des Rohres 66 und längs der äußeren Wand sämtlicher Moderatorkörper 30' nach oben geführt ist, die auf das Rohr 66 aufgezogen sind, oder in dem Rohr einer benachbarten Säule nach oben führt. In diesen Fällen erfolgt die Freigabe der Moderatorkörper 30' in der Weise, indem man eines der Befestigungsmittel dieses Bandes oder Seiles freigibt.

Wenn man eine Anzahl von Säulen 60 aus aufgefädelten Moderatorkörpern hergestellt hat, die groß genug ist, damit ihr Nebeneinandersetzen dem Moderatoraufbau entspricht, den man in den Kern des Reaktors einführen will, baut man sie außerhalb dieses Reaktors in der Weise zusammen, wie dies die F i g. 11 zeigt. Man sieht in dieser F i g. 11, daß die unterschiedlichen Säulen 60 an eine obere Tragplatte 84 angeschlossen sind, die ihrerseits mit einer Anzahl von Löchern versehen ist, die gleich der Anzahl der Säulen ist; jede Säule ist an der Platte beispielsweise mit Hilfe einer Blockiermutter 86 befestigt, die auf den mit Gewinde versehenen Teil 68 jedes hohlen Rohres 66 aufschraubbar ist. Die gesamte auf diese Weise hergestellte Konstruktion ist in der Fig. 12 veranschaulicht, in der man den Moderatorblock 88 erkennt, der an der Tragplatte 84 befestigt ist und mit Hilfe dieser letzteren an einer Hebevorrichtung 90 hängt, die an sich bekannt ist und es möglich macht, den gesamten Moderatorblock 88 zu bewegen.

Die Fig. 13 zeigt die erste Phase des Einsetzens des Moderators 88 in den Reaktorkern, von dem schematisch mit 92 der seitliche Reflektor bezeichnet ist. Der gesamte Moderatorblock 88, der an der Hebevorrichtung 90 hängt, wird vertikal in den Raum zwischen dem seitlichen Reflektor 92 und dem Boden 94 der hohlen so Aufnahme in den unteren Reflektor eingesetzt. Nachdem der Moderatorblock 88 einmal auf dem Boden 94 aufruht, löst man die unterschiedlichen Säulen der Moderatorkörper 30' von den Rohren 66, auf die sie aufgezogen waren, indem man die Teile 72, die am unteren Ende jeder Säule sitzen, freigibt. In diesem Augenblick genügt das Zurückziehen der Haltevorrichtung 96, die aus den unterschiedlichen hohlen Rohren 66, die an der Platte 84 befestigt sind, besteht, damit sie sich von dem gesamten Moderatoraufbau löst, der dann wi weiterhin in Form einer lückenfreien, geordneten und in der Masse der Aufnahme blockierten gleichmäßigen Struktur bestehen bleibt. Dies ist in der Fig. 14 veranschaulicht. In der Fig. 15 sieht man den Moderatorblock 88 in seine Aufnahme im Reflektor eingebaut, h.s ein oberer Reflektor 98 wurde über den Moderatorblock 88 gesetzt. Man kann nun die Divergenz des Reaktors hervorrufen, indem man das Brcnnstoffsal/.

einläßt, wie in der Hauptfigur 1 dargestellt, was das Anheben des Moderators 88 bewirkt, der mit seinem oberen Teil unter der unteren Fläche des oberen Reflektors 98 »klebt«.

Das Herausbringen der Moderatorkörper 30', die den Moderatoraufbau bilden, kann dadurch erfolgen, daß man die gleiche Haltevorrichtung benutzt, wie die, die man für den Einbau der Moderatorkörper verwendet hat, indem man in umgekehrter Richtung die Maßnahmen vornimmt, die in den F i g. 11 bis 15 veranschaulicht sind. Dieses Herausnehmen kann die Gesamtheit des Moderators oder nur einen Teil der Säulen betreffen, welche den Moderatoraufbau bilden.

Indessen kann es sein, daß man nicht die Rohre 66 der Haltevorrichtung in die ausgerichteten zentralen Kanäle 42 der Moderatorkörper 30' einführen kann. Dies kann beispielsweise auf den Bruch der Säulen 60 zurückzuführen sein. Es kann aber auch andere Ursachen haben. Die Maßnahme des Herausnehmens, wie sie oben beschrieben wurde, ist dann nicht anwendbar. Man muß dann eine Lücke in der Moderatoranordnung in dem Bereich der speziellen Struktur 52 schaffen, in der die Steuerstäbe des Reaktors untergebracht sind. Man entfernt die Aufeinanderschichtung von Moderatortabletten, die diesen Bereich 52 bilden. Hierzu verriegelt man beispielsweise, wenn die Steuerstäbe in ihrer unteren Stellung sind, die Körper mit dem unteren Ende der Aufschichtung. Wenn man dann die Steuerstäbe anhebt, hebt man ebenfalls die spezielle Struktur 52 an, die von den Säulen 55 gebildet wird. Man schafft auf diese Weise eine örtliche Lücke in der Moderatoranordnung: Die Moderatorkörper 30' sind nicht mehr blockiert. Daraus ergibt sich nacheinander ein Zusammenbrechen der Säulen aus Moderatorkörpern.

Unter Hinweis auf die Fig. 16 wird nunmehr ein Verfahren zum Herausbringen der nicht mehr blockierten Moderatorkörper 30' beschrieben.

Diese Maßnahme wird während des Stillstandes des Reaktors durchgeführt, der Umlauf des geschmolzenen Brennstoffsalzes ist unterbrochen und dieses Salz in Aufbewahrungsbehälter abgeführt worden. Nachdem man den biologischen Schutzschild 16 und die besondere Struktur 52 entfernt hat, die mit dem Schutzschild verbunden ist und die für die Unterbringung der Steuervorrichtungen dient, führt man in der Hohlraum 10 des Reaktors eine Flüssigkeit 100 vor einer größeren Dichte als die des Materials ein, aus derr die Moderatorblöcke bestehen, und zwar so weit, bis die Moderatoraufbauanordnung vollständig in dieser Flüs sigkeit schwimmt.

Wenn die Moderaiorkörper aus Graphit bestehen verwendet man vorzugsweise geschmolzenes Blei.

Unter diesen Bedingungen können die Moderator körper auf der Flüssigkeit schwimmen und daraus folgi daß der Moderatoraufbau, der ursprünglich gcnai regelmäßig angeordnet war, durch relative Verschic bung der Körper, welche den Aufbau bilden, wegen de Herausnehmens der zentralen Säule, die einen innerhall dieser Anordnung freien Platz schafft, unorganisier aufschwimmen.

Infolgedessen sind die Moderatorkörper 30' nich mehr in gegenseitigem Kontakt und sie können aus der Hohlraum llO des Reaktors mit Hilfe eines Handha bungsgerätcs 102 herausgenommen werden, das sie oberhalb des Rcaktorhohlraumcs bewegt, bcispielswc: se mit Hilfe einer Laufbrückc 104, und das in das Inner L^s flüssigen Milieus 100 herabgelassen werden kam

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um die Moderatorkörper 30' zu erfassen, die auf der Ooerfläche dieser Flüssigkeit schwimmen. Dieses Handhabungsgerät besteht in diesem Beispiel aus Greifern 105, aber es ist möglich, die Verwendung anderer Vorrichtungen vorzusehen, wenn sie nur in der Lage sind, die soliden festen Körper aus einem flüssigen Milieu herauszufischen, ohne gleichzeitig die Flüssigkeit mitzunehmen, wie beispielsweise die Verwendung eines Korbes, der mit Löchern versehen ist'

Wenn sämtliche Moderatorkörper 30' aus dem Hohlraum des Reaktors entfernt sind, läßt man die in diesem Hohlraum befindliche Flüssigkeit ab, so daß dieser Hohlraum von neuem für die Aufnahme eines neuen Moderatoraufbaus geeignet ist.

Dieses Verfahren zum Herausnehmen des Moderatoraufbaus bedingt keine Begrenzung der Querabmessungen oder Längsabmessungen der Moderatorkörper. Es ist selbst viel vorteilhafter für die Moderatorkörper großer Abmessungen, denn es bedingt eine geringere Genauigkeit in der Apparatur und den Handhabungsmaßnahmen, wobei es gleichzeitig ein viel schnelleres Entfernen der Gesamtheit des Moderatoraufbaues

ergibt.

Mit diesem Verfahren ist es nicht mehr notwendig, daß die Höhe der Moderatorkörper in der Nähe der Querabmessungen dieser Körper liegt, wie dies für das Herausziehen der Körper mit Mitteln für pneumatischen oder hydraulischen Transport der Fall war.

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25 Dieses Verfahren ist infolgedessen gut geeignet, für Moderatorkörper, die relativ flach sind oder ,m Gegensatz auch für Moderatorkörper von einer relativ _Kroßen Höhe relativ zu ihrem Querschnitt.

In der Fig 17 ist ein drittes Ausfuhrungsbeispiel der Moderatorstruktur dargestellt, das sphärische, d.h. kugelförmige Moderatorkörper und Moderatorkorper in Form prismatischer Blöcke vereinigt. Der innere Kern ist durch Aufschichtungen von prismatischen Moderatorkörpern 30' geschaffen und der äußere seitliche Kern 26 ist aus sphärischen oder kugelförmigen Moderatorkörpern 30 gebildet. ,,,,,,■

In diesem Falle ist der innere Kern 32 und die oberseitig und unterseitig liegenden äußeren Kernte.le 24 und 22 aus Säulen 60 prismatischer Blocke gebildet, die gleich den Säulen B oder C der Fig.4_ sind. Der äußere seitliche Kern 26 ist durch eine rhomboednsche Aufschichtung von kugelförmigen Moderatorkorper, 30 gebildet Diese Kugeln werden vertikal an den oberen Reflektor 14 durch die hydrostatische Wirkung Bedrückt unH zwar durch die Strömung des Salzes, se daß sie einen zentripetalen Einfluß auf die Säulen 66 au< prismatischen Blöcken 30' ausüben. Diese Anordnunj schafft ein »Atmen« des Kernes, sie muß eins Aufblähung des Graphits über seine an anglichet Abmessungen hinaus gestatten, also eine Verlangerun! der Aufenthaltsdauer oder der Verwendungsdauer de Moderators in den Reaktor.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (23)

Patentansprüche:

1. Moderatoranordnung im Kern eines Atomkernreaktors, der mit geschmolzenem Salz als Brennstoff arbeitet, welches durch die Moderator dnung hindurchfließt, welches sich im Inneren e s durch einen unteren Boden-, einen oberen Decken- und einen seitlichen Reflektor begrenzten Raum befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Moderatoranordnung in an sich bekannter Weise \o aus einer Aufschichtung von einzelnen Moderatorkörpern (30,30') besteht, die ohne Spiel aneinanderliegen und ein Netz von Zwischenräumen bilden, und daß durch diese Zwischenräume der Umlauf des geschmolzenen Salzes erfolgt.

2. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der Struktur aus einzelnen Moderatorkörpern besteht, die die Form von Kugeln (30) aus Moderatormaterial aufweisen.

3. Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Kugeln die gleiche Abmessung aufweisen.

4. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Struktur aus Körpern (30') in Form prismatischer Blöcke mit vertikalen seitlichen Flächen gebildet ist, deren vertikale Höhe sehr klein im Verhältnis zu der gesamten Höhe des Moderatoraufbaus ist.

5. Aufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Moderatorkörper (30') einen sechseckigen Querschnitt aufweisen.

6. Aufbau nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Moderatorkörper (30') mit einer Mehrzahl von vertikalen Kanälen (40, 42) versehen ist, von denen einer (42), der zentrale Kanal, in der vertikalen Achse des Körpers angeordnet ist.

7. Aufbau nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Gesamtheit von nebeneinandergesetzten vertikalen Säulen (60) besteht, von denen jede Säule aus einer Aufschichtung von Körpern (30') gebildet ist und die Kanäle (40, 42) der Moderatorkörper, die eine gleiche Säule bilden, jeweils in der Verlängerung der anderen liegen.

8. Aufbau nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Reaktors eine zentrale Zone (32), genannt innerer Kern, umfaßt, zumindest eine seitliche Zone (26), die seitlicher äußerer Kern genannt wird und zumindest eine obere (24) und eine untere (22) Zone, die oberer und unterer äußerer Kern heiüit, und dadurch, daß die Moderatorkörper (30'), die in dem inneren Kern angeordnet sind, Kanäle (40) mit einem Durchmesser aufweisen, der kleiner als derjenige der Kanäle (40) der Moderatorkörper (30') ist, die in den äußeren Kernzonen liegen.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Reaktors eine zentrale Zone (32) aufweist, die innerer Kern genannt wird, zumindest eine seitliche Zone (26), die seitlicher äußerer Kern und zumindest eine obere (24) und eine untere (22) Zone, die oberer äußerer Kern und unterer äußerer Kern genannt wird, und dadurch, daß die Moderatorkörper (30'), die in dem inneren Kern gelegen sind, eine Anzahl von Kanälen (40) aufweisen, die kleiner als die Anzahl der Kanäle (40) in den Moderatorkörpern (30') ist, die in den äußeren Kernzonen liegen.

10. Anordnung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, aaß der untere Moderatorkörper oder Moderatorblock (30b) jeder Säule (60) in seinem Inneren eine divergente Bohrung (44) mit vertikaler Achse aufweist, deren Austrittsende in die Kanäle (40) der anderen Moderatorkörper der Säule mündet und deren Eintrittsende (46) einen Durchmesser aufweist, der um so größer ist je mehr die Säule eine zentrale Stellung in dem Moderatoraufbau einnimmt.

11. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Reaktors einen inneren Kern (32) und einen seitlichen äußeren Kern (26) umfaßt, daß der innere Kern aus zu Säulen (60) aufeinandergeschichteten prismatischen Moderatorblöcken (30') besteht, und daß der äußere seitliche Kern aus kugelförmigen Moderatorblöcken (30) besteht.

12. Verfahren zum Herstellen und zum Ein- und Ausführen eines Moderatoraufbaus nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die zum Füllen der Zone des Kernes, die durch einen unteren Boden, eine obere Decke und einen seitlichen Reflektor begrenzt ist, notwendige Menge der kugeligen Körper als Schüttgut in den Kernraum einschüttet und für das Aufbauen hydraulische oder pneumatische Transportmittel verwendet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die exakte Anordnung der sphärischen Moderatorkörper dadurch erzielt, daß man ihre Gesamtheit Erschütterungen aussetzt.

14. Verfahren zum Herstellen eines Moderatoraufbaus nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Reaktor die Gesamtheit des Moderatoraufbaus, der zuvor auf einer Halterung außerhalb des Reaktors zusammengestellt wurde, einbringt und daß man dann die unterschiedlichen Moderatorkörper, welche an der Halterung befestigt sind, löst oder freigibt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man den gesamten Aufbau mit Hilfe der Halterung auch wieder ausbaut.

16. Halterung zur Verwendung beim Verfahren nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Anzahl von hohlen Stangen (66) besteht, auf welche die Säulen (60) von Moderatorkörpern (30') mit ihrem zentralen Kanal (42) aufgefädelt sind, daß diese hohlen Stangen mit einer oberen Tragplatte (84) fest verbunden sind und jede Säule aus Moderatorkörpern an ihrer Basis durch einen vorläufigen Blockierteil (72) an der entsprechenden hohlen Stange blockiert ist.

17. Verfahren zur Betätigung der Halterung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Blockierteil für das vorläufige Blockieren pneumatisch betätigt wird,

18. Verfahren zur Betätigung der Halterung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das vorläufige Blockierstück mechanisch betätigt wird.

19. Halterung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ zur vorläufigen Blockierung ein Verbindungsmittel wie Band oder Seil ist, das durch die hohle Stange der Säule aus Moderatorkörpern hindurchgeführi ist und längs der äußeren Fläche der betreffenden Säule oder in einem Stück, das durch die hohle Stange einer benachbarten Säule hindurchgeführt ist, geschlossen

^IS

20 Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ekennzeichnet, daß man für das Herausnehmen des Moderatoraufbaues an den Platz des Flüssigen Brennstoffsalzes im Inneren des Raumes, der den 5 Aufbau begrenzt, eine Flüssigkeit mit einer größeren Dichte als die des Materials, aus dem die Moderatorkörper bestehen, einfüllt, um diese Modeatorkörper in der Flüssigkeit aufschwimmen zu lassen und daß man die Körper aus der Flüssigkeit io

it Hi'fe einer Handhabevorrichtung herausnimmt, die in der Lage ist, lediglich die Moderatorkörper zu ergreifen.

21 Verfuhren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Moderatoraufbau um 15 zumindest eine zentrale Säule herum angeordnet ist, die einen Raum in Anspruch nimmt, in dem sich keine Moderatorkörper befinden, und daß man beim Herausnehmen zuerst diese zentra'e Säule herausnimmt, bevor man die Flüssigkeit mit größerer 20 Dichte als die Moderatorkörper einfüllt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 und 21 dadurch gekennzeichnet, daß als Materia! für die Moderatorkörper Graphit und für die Flüssigkeit geschmolzenes Blei verwendet wird.

23. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zum Heraus nehmen der Moderatorkörper Greifer verwendet werden.