DE2634356A1

DE2634356A1 - Kerntechnische anlage

Info

Publication number: DE2634356A1
Application number: DE19762634356
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl Ing Schabert
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-07-30
Filing date: 1976-07-30
Publication date: 1978-02-02
Also published as: DE2634356C3; JPS5316191A; CH621845A5; US4151689A; DE2634356B2; GB1549475A; FR2360158A1

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser ZeicTieö

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Kerntechnische Anlage

Die Erfindung betrifft eine kerntechnische Anlage, deren aktivitätsführende Komponenten in einem Betonbehälter eingeschlossen sind, der von einem Erdhügel überdeckt ist.

Wie in der Zeitschrift "Atomwirtschaft", Juli/August 1975, in dem Aufsatz "Unterirdische Anordnung von Kernkraftwerken", Seiten 363 bis 366 ausgeführt ist, ergibt die Überdeckung des Erdhügels den Vorteil, daß es bei einem Unfall nicht zu einem plötzlichen Ausstoß gefährlicher Mengen radioaktiver Substanzen kommen kann. Nähere Ausführungen zu diesem Punkte fehlen jedoch, und ein absoluter Einschluß für eine beliebig lange Zeit ist auch bei dieser Bauweise nicht vorstellbar. Zwar kann man sicher sagen, daß der Einschluß radioaktiver Substanzen um so besser ist, je größer die Überdeckung mit dem Erdreich, d.h. die Höhe des aufgeschütteten Hügels ist. Die mit der Aufschüttung verbundenen Kosten setzen jedoch enge Grenzen. Deshalb sucht die Erfindung eine praktikable Lösung, bei der der Aufwand für die Überdeckung in einem vernünftigen Verhältnis zu der Sicherheit gegen eine unkontrollierte Freisetzung von Radioaktivität steht.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Bereich geringerer Dichte im Erdhügel in Abstand von dessen Oberfläche über eine druckabhängig offenbare Einrichtung mit dem Betonbehälter verbunden ist.

Mit der Erfindung wird also willkürlich eine Durchbrechung des

Sm 21 Hgr / 2.7.1976

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Betonbehälters geschaffen, durch die bei großen Drücken Luft, Dampf und Radioaktivität entweicht. Dies scheint im Widerspruch zu dem Ziel zu stehen, die Radioaktivität mit geringem Aufwand eingeschlossen zu halten. Tatsächlich gestattet aber die Erfindung den Druck im Inneren des von dem Erdhügel eingeschlossenen Betonbehälters so gering zu halten, daß ein Aufsprengen des Betonbehälters vermieden wird. Daher braucht nicht mehr mit der schlagartigen, unkontrollierten Freisetzung großer Aktivitätsmessungen, sondern nur noch mit dem Austritt begrenzter Mengen gerechnet zu werden. Diese, zum Beispiel durch die Auslaßquerschnitte der druckabhängig offenbaren Einrichtung begrenzten Dampf- oder Luftmengen werden darüber hinaus gezielt in einen Bereich des Erdhügels geführt, der für ihre Aufnahme besonders geeignet ist. Von dort aus sollen die radioaktiven Substanzen erst das Erdreich des Hügels passieren, bevor sie an die Oberfläche gelangen, wobei die Strecke und damit die Zeitdauer so gewählt werden kann, daß die dann noch denkbare Belastung der Atmosphäre klein wird. In jedem Fall ist es mit der Erfindung zu erreichen, daß die radioaktive Verseuchung kleiner ist als wenn der Betonbehälter selbst bei steigendem Druck aufgesprengt würde und damit das gesamte radioaktive Inventar schlagartig und räumlich unkontrollierbar entweichen würde. Als zusätzlichen Schutz dagegen kann der Betonbehälter vorteilhaft an seiner Oberseite mit einer dichten Schicht aus tonigem Material bedeckt sein.

Der Bereich geringerer Dichte, der zur Aufnahme von Dämpfen und Gasen besonders geeignet ist, liegt vorteilhaft im untersten Teil eines aufgeschütteten Erdhügels. Daraus ergibt sich, daß die Strecke, die von Aktivitätsträgern zurückgelegt werden muß, bevor eine Gefährdung an der Oberfläche möglich wird, besonders lang ist. Dennoch sollte der Bereich durch eine wasserundurchlässige Schicht vom Grundwasser getrennt sein, um ein Ausspülen von Radioaktivität über das Grundwasser zu vermeiden.

Der Bereich kann durch ein Rohr angeschlossen werden, das oberhalb des Grundwasserspiegels verläuft. Dies ist besonders wich-

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tig für erdbebengefährdete Gebiete, bei denen ein Bruch des
Rohres oder eines Fugenanschlusses nicht ausgeschlossen werden kann, weil das Eindringen von Wasser in den Betonbehälter vermieden werden muß.

Der Bereich sollte ferner im Erdhügel außerhalb einer Schicht

liegen, die den Betonbehälter umgibt und einen verringerten Druck aufweist. Eine solche Schicht gestattet es, das Austreten von
Radioaktivität im Normalfall zu vermeiden, weil das natürliche Druckgefälle von außen zu dem Betonbehälter führt. Würde man
die Freisetzung der Radioaktivität im Sinne der Erfindung in
diese besondere Schicht zulassen, so wäre eine unerwünscht
schnelle Verarbeitung der Radioaktivität im Bereich dieser Schicht zu erwarten.

Es ist empfehlenswert, daß die Erdhügeloberflache oberhalb des Bereichs eine Schutzschicht gegen unkontrolliertes Eindringen
von Regenwasser aufweist. Man vermeidet dadurch ein Auswaschen von Radioaktivität durch Regenwasser, das sich etwa in dem Bereich ansammeln könnte. Dabei kann die dichte Schicht der Erdhügeloberfläche von der obersten Schicht des Erdhügels selbst, aber auch von darunterliegenden wasserundurchlässigen Schichten, zum Beispiel aus Ton, gebildet sein.

Die genannte Schutzschicht kann von einer Abblaseleitung durchbrochen sein, deren Querschnitt etwa gleich dem Querschnitt der druckabhängig offenbaren Einrichtung ist. Durch diese Abblaseleitung kann zum Beispiel die im Erdhügel vorhandene Luft ausgeschoben werden, wenn der Erdhügel aus dem Betonbehälter Gase und Dämpfe aufnimmt. Vor allem verhindert die Abblaseleitung
ein Aufreißen der Schutzschicht bei Überdruck.

Zur Verbesserung der Entlastung bei einer gegebenen Anlage
kann es vorteilhaft sein, daß mehrere Bereiche geringerer
Dichte mit dem Betonbehälter verbunden sind und daß die Bereiche voneinander, vom Betonbehälter und von anderen sicherheitstechnisch wichtigen Räumen durch undurchlässige Erdschich-

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ten getrennt sind. Die Bereiche können besser als ein einzelner Bereich, der notwendigerweise größer sein müßte, an günstigen Punkten angeordnet werden, so daß eine Verteilung nicht nur die Entlastung selbst begünstigt, sondern auch die Störanfälligkeit verringert. Ein Hügel kann aber auch mehrere Betonbehälter mit diesen zugeordneten, voneinander getrennten Bereichen enthalten.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in den beiliegenden Figuren gezeichnet ist. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Ansicht einer Kernreaktoranlage in HUgelbauweise

als Ganzes,
Fig. 2 und 3 in etwa 4-fach kleinerem Maßstab Vertikalschnitte,

Fig. 4 in dem gleichen Maßstab einen Grundriß, der auch den Verlauf der Vertikalschnitte nach den Fig. 2 und 3 erkennen läßt, und

Fig. 5 in schematischer Darstellung den Verlauf verschiedener Leitungen zur Kühlung, Lüftung usw.

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In Fig. 1 ist in einem sehr großen Maßstab von zum Beispiel 1 : 5OOO dargestellt, daß eine Kernreaktoranlage in einen Hügel 1 untergebracht ist, der über dem natürlichen Erdboden 2 zu einer Höhe von zum Beispiel 55 m aufgeschüttet ist und die aktivitätsführenden Teile einschließt. Die Kernreaktoranlage erzeugt Dampf, der in elektrische Energie umgewandelt wird. Dies geschieht in einer Maschinenhalle 3. Die dabei entstehende Abwärme wird in einem Kühlturm 4, der auch ein Trockenkühl turm sein kann, an die Atmosphäre abgegeben.

Die Reaktoranlage umfaßt einen Druckwasserreaktor für zum Beispiel 1200 MWe entsprechend etwa 3800 MW^_n. Ihre aktivitätsfUhrenden Komponenten, d.h. der PrimärkUhlkreis, sind in einer Sicherheitshülle 5 eingeschlossen, die als Stahlkugel ausgeführt ist, wie zum Beispiel aus der KWU-Broschüre "Druckwasserreaktor¹¹ vom Mai 1975, Bestell-Nr. 295, an sich bekannt ist. Die Stahlkugel 5, die einen ersten dichten Einschluß bildet, ist ihrerseits von einem Betonbehälter 6 eingeschlossen, der der sogenannten Sekundärabschirmung bei bekannten Anlagen entspricht und als Zentralzelle mitten im Hügel 1 liegt. Das Volumen der Zentralzelle beträgt 210 000 m3. Der Ringraum 7 zwischen der Stahlkugel 5 und dem Betonbehälter 6 enthält Hilfe- und Nebenanlagen, wie durch einen Flutwasserbehälter 8 angedeutet ist (Fig. 2).

Wie man sieht, ist der Betonbehälter 6 in das Erdreich 9 unter die Oberfläche 2 eingelassen. Der Betonbehälter ragt mit seinem Fundament 10 unter den natürlichen Grundwasserspiegel 11 in der wasserdurchlässigen Sand- oder Kiesschicht 12 des Erdreichs 9. Der Grundwasserstand ist dabei durch die Oberseite 13 einer wasserundurchlässigen Mergelschicht 14 bestimmt.

In das Erdreich 9 sind zwei Ringwände 15 und 16 eingelassen, die den als Rotationskörper ausgeführten Betonbehälter 6 konzentrisch umgeben. Die Wände 15 und 16 ragen zum Beispiel gleichmäßig 10 m tief in die wasserundurchlässige Schicht 14 und rei-? chen oben, wie insbesondere die Fig. 3 zeigt, bis zur Ober-

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fläche 2 des Erdreichs 9. Sie bestehen aus einer beispielsweise 0,6 m dicken Bentonitschicht, die als wasserundurchlässig gelten kann.

Die Wände schließen einen auch als Ringzone bezeichneten Zwischenraum 17 zwischen sich und einen den Betonbehälter 6 aufnehmenden Innenraum 18 ein. Der Innenraum 18 steht mit einem den größten Teil des Hügels 1 ausmachenden wasser- und gasdurchlässigen Kiesvolumen 19 in Verbindung. Von diesem Teil des Hügels 1 ist der Betonbehälter 6 lediglich durch eine zum Beispiel 3m dicke Tonschicht 20 abgetrennt, die als Kappe auf dem oberen Bereich 21 des Betonbehälters 6 sitzt. Die Kappe 20 sorgt dafür, daß auch bei Rissen des Betonbehälters Gase oder Flüssigkeiten nicht unmittelbar unter der Kuppe 22 des Hügels 1 austreten können, weil sie nur unterhalb des Kappenrandes in die unteren Bereiche des Hügels gelangen, so daß sie vor dem Austreten ins Freie das gesamte HUgelvolumen als Filter passieren müssen.

Auf dem Kiesvolumen 19 sitzt eine den oberen Bereich des Hü- »0 gels bildende Tonschicht 23» die ebenfalls eine Stärke von 3 oder Am haben kann. Die Tonschicht 23 erstreckt sich über die gesamte Oberfläche des Hügels 1 bis zu seinem Rand 24, wo die Tonschicht 23 auf den Erdboden 2 trifft. Sie bildet einen selbstheilenden gasdichten Abschluß für das gasführende Kiesvolu- >5 men 19. Ihre mechanische Unverletzlichkeit wird durch eine 1 bis 2m dicke Betonschicht (Zerschellerschicht) 25 hergestellt, die mit einem Fundamentring 26 im Erdreich 9 verankert ist. Die Zerschellerschicht 25 kann unter Umständen auch aus Steinen oder einzelnen Betonelementen zusammengefügt oder aufgeschüttet sein, denn es kommt vor allem darauf an, daß sie unmittelbare äußere Einwirkungen auf die Tonschicht 23 verhindert.

Der Grundriß nach Flg. 4 läßt erkennen, daß das Kiesvolumen 19 im Hügel 1 durch eine aus Ton bestehende, 3m dicke vertikale Trennwand 27 in zwei verschieden große Zonen 28 und 29 unterteilt ist. Die größere Zone 28 umschließt den Betonbehälter 6, denn die Wand 27 ist mit einem Bogen 30, der im Grundriß zwi-

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sehen den Wänden 15 und 16 verläuft, um den Betonbehälter herumgeführt.

Die kleinere Zone 29 enthält sämtliche Zugänge, die durch den Hügel 1 zum Betonbehälter 6 führen. Zu diesen zählt einmal ein Hauptstollen 31» der an der in die Sicherheitshülle 5 führenden Materialschleuse 32 endet. Der Hauptstollen 31 wird nur für den bei Reparaturen erforderlichen Transport von Großkomponenten benötigt. Er ist deshalb im Normalbetrieb durch Sperriegel 33 aus Beton verschlossen, .'die in die Betonwand 34 des Hauptstollens 31 eingelassen sind. Der verbleibende Raum ist mit Ton aufgefüllt, wie die Fig. 2 und 4 zeigen.

Der Hauptstollen 31 steht über einen abgewinkelten Nebenstollen 35 mit dem Hügelrand 24 in Verbindung. Zu diesem sind Verschlüsse 36 vorgesehen, die eine Sperrung des Stollens bei Bedarf ermöglichen. Die Verschlüsse umfassen Zylinder 37 mit einer Durchgangsöffnung 38, die durch Verdrehen um 90° gegenüber der gezeichneten Lage versperrt werden kann. Ferner schließt sich an den Hauptstollen 31 ein Nebenstollen 39 an, der in den Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 führt. Auch dieser Nebenstollen enthält einen Verschluß 40 in Form eines drehbaren Zylinders mit einer Durchgangsöffnung.

An den Hauptstollen 31 ist noch ein weiterer Nebenstollen 41 angeschlossen, der Über einen Verschluß 42 zu einem Notstandsgebäude 43 führt. Das Notstandsgebäude ist ein fester Betonbau und enthält in geschotteten Einzelkammern 44 die für den Notbetrieb erforderlichen Notstandsaggregate, zum Beispiel Notstromdiesel und Notkühleinrichtungen, soweit diese nicht im Ringraum 7 angeordnet sind.

In zwei weiteren Kammern 45 des Notstandsgebäudes ist Je eine Pumpeinrichtung mit Filterstation angeordnet, wie aus Fig. 3 näher ersichtlich wird. Die Kammern 45 ragen, wie Fig. 4 zeigt, über die an dieser Stelle ausgebuchtete äußere Wand 15. Deshalb kann eine mit einem Schacht 46 umgebene Tauchpumpe 47

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aus dem Zwischenraum 17 Grundwasser ansaugen und über die FtI-terstation 48 in den Raum außerhalb der Wand 15 drücken. Dadurch ergibt sich in den Räumen 17 und 18 ein niedrigerer Grundwasserspiegel 49. Dieser "Unterdruck" verhindert, daß etwaige Radioaktivität mit dem Grundwasser aus dem mit der Wand 15 umschlossenen Bereich herausgespUlt werden könnte. Die Filterstation 48, die Drahtfilter, Zellulosefilter und Aktivkohlefilter umfassen kann, sorgt für die gewünschte Reinheit des nach außen geförderten Wassers.

Die Filterstation 48 kann auch dann benutzt werden, wenn mit einer weiteren Leitung 50 Grundwasser gefördert werden soll, die durch einen schrägen Schacht 51 in den Innenraum führt. So kann man aus dem Innenraum 18 in den außerhalb der Wand 15 gelegenen Teil des Erdreichs 9 Grundwasser pumpen, das durch die Filterstation 48 läuft. Die Leitung 50 kann außerdem dazu dienen, aus dem Ringraum 17 in den Innenraum 18 zu pumpen, wenn eine Überlastung der Filter die Abgabe aktivitätsfreien Wassers nach außen verhindern sollte. Dies könnte jedoch nur bei einem völlig unwahrscheinlichen schweren Störfall eintreten, wenn der Reaktorkern durch den Betonbehälter hindurchschmelzen sollte.

Beim AusfUhrungsbeispiel ist angenommen, daß der Primärkreis des Druckwasserreaktors im Inneren der Sicherheitshülle 5 vier Dampferzeuger umfaßt. Von diesen gehen ν je* Dampfleitungen 52, 53, 54 und 55 aus, wie in Fig. 4 zu sehen ist, die mindestens im Ringraum 7 als Doppelleitungen ausgeführt sind und durch getrennte Stollen 56 von dem Betonbehälter 6 zur Maschinenhalle 3 führen. Die Stollen werden von Betonröhren gebildet, die im Erdreich schwimmen und über elastische Dichtungen flexibel verbunden sind. Sie sind abgewinkelt ausgeführt, um eine unmittelbare Einwirkung von außen auf den Betonbehälter 6 zu vermeiden. Außerdem sind im Bereich von Schikanen 57, die auch zur Ab-Stützung und Festlegung der Dampfleitungen dienen, kleinere Verschlüsse 58 vorgesehen, mit denen der zur Kontrolle der Leitungen 52 bis 55 dienende begehbare Teil der Stollen 56 abgesperrt werden kann. Parallel zu den Frischdampfleitungen 52 bis 55 wer-

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den Speisewasserleitungen 59 durch die Stollen 56 geführt, wie in Fig. 2 angedeutet ist.

Die Stollen 56 für die Verbindungsleitungen 52 bis 55 und 59 verlaufen ebenso wie der Hauptstollen 31 und die Nebenstollen 35, 39 und 41 ausschließlich durch die Zone 29. Im Verlauf der Stollen 56 liegt an dem dem Betonbehälter 6 zugekehrten Ende unmittelbar an der Trennwand 27 jeweils eine Betonzelle 60. Die vier Betonzellen 60 sind gleich ausgebildet und ausgerüstet. Es handelt sich um druckfeste Schalenbauwerke in Form eines vertikalen Zylinders mit halbkugelförmiger Decke, die für einen Innendruck von 15 bar ausgelegt sind. Ihr Volumen beträgt mit 1700 m3 nur 1/120 des Volumens des Betonbehälters 6. Betonzellen 60 und Stollen 56 liegen oberhalb des Grundwasserspiegels 11, so daß auch die elastisch abgedichteten Verbindungsöffnungen grundwasserfrei bleiben. Zugleich ist durch konische Befestigungspunkte der als Doppelleitungen ausgeführten Druckleitungen 52 bis 55 und 59 für eine druckfeste Schottung im Bereich der Betonzellen 60 gesorgt.

Die Betonzellen 60 enthalten als Nebenzellen getrennt von dem Betonbehälter 6 die für den Betrieb der Anlage notwendigen Armaturen, die weitgehend an dem genannten Befestigungspunkt angebracht sind, wie zum Beispiel in der Patentanmeldung P 25 31 168.6 näher beschrieben ist. Zu diesen zählt ein als Eckventil ausgebildetes Absperrventil 61 im Zuge der Dampfleitungen 52 bis 55, an das ein Sicherheitsventil 62 angeschlossen ist. Von dem Sicherheitsventil 62 führt eine Ausblaseleitung 63 aus der Nebenzelle 60 zu einer Kiesschüttung 64, die, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, über die eine Seite der Zone 29 reicht und mit jeder der Nebenzellen 60 in Verbindung steht. In die Kiesschüttung 64 führen ferner von Rohren 65 gebildete Auslaßöffnungen mit einem Querschnitt von 5 m², die mit Membranen 66 verschlossen sind. Dadurch ist eine Entlastung etwa bei einem Bruch der 70 bar-Frischdampfleitung in der Nebenzelle soweit sichergestellt, daß ihr zulässiger Innendruck nicht überschritten wird, über die Leitung 63 kann bei Störfällen auch aktivitätsführender Dampf aus dem Sicherheitsventil 62 zur Entlastung abgefahren werden.

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Jeder der Nebenzellen 60 ist in gleicher Weise ein Tiefbrunnen 67 zugeordnet. Aus diesem kann aktivitätsfreies Grundwasser mit einer Pumpe 68 angesaugt werden, das einem sogenannten Tertiärverdampfer 69 zugeführt wird. Die Tertiärverdampfer 69 können mit Frischdampf (Sekundärdampf) aus den Leitungen 52 bis 55 beaufschlagt werden. Deshalb kann mit den Tertiärverdampfern 69 Wärme abgeführt werden, wenn die normale Wärmesenke der Turbinen und auch die AnlagennachkUhlung ausfallen sollte. Da diese Wärmeabfuhr über die Tertiärverdampfer von dem Sekundärkreis des Kernreaktors getrennt ist, kann der Dampf über eine Ausblaseleitung 70 mit einem Absperrventil 71 unmittelbar ins Freie zu einem Schalldämpfer 72 auf der HUgeloberfläche abgegeben werden, weil keine Aktivität ausgetragen werden kann. Für die stoßartige Abfuhr kleinerer Wärmemengen aus dem Sicherheitsventil 62 kann man auch in jeder der Nebenzellen 60 einen Abblasetank anordnen, der in bekannter Weise teilweise mit Wasser gefüllt und zur Dampfkondensation eingerichtet ist.

Dem Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 ist eine Ventilanordnung 74 zugeordnet, die zu Ausblaseleitungen 75 führt. Die Ventilanordnung 74 soll bewirken, daß der Betonbehälter 6 auch dann nicht zersprengt werden kann, wenn bei Unfällen Dampf aus der Sicherheitshülle 5 austritt, so daß die Druckfestigkeit des Betonbehälters überschritten zu werden droht. Diese ist insbesondere definiert durch den Auflagerdruck der Hügelbaustoffe. Beispielsweise erzeugt eine 20 m hohe überschüttung mit dem spezifischen Gewicht 2t/m^ einen Außenüberdruck von etwa 4 bar auf den Betonbehälter 6. Dieser Druck entlastet die gewölbeartige Betonschale von Zugspannung, solange der innere Überdruck keinen höheren Wert erreicht. Vorzugsweise umfaßt die Ventilanordnung ein oder mehrere Sicherheitsventile mit relativ niedrigem Ansprechüberdruck von zum Beispiel 1 bar und kleinem Ausblasequerschnitt. Damit können die geringen Luft- und Dampfmengen abgegeben werden, wie sie in der Anfangsphase des hypothetischen Versagens der Sicherheitshülle zu erwarten sind. Zusätzlich sind aber noch Sicherheitsventile mit großem Ausblasequerschnitt und höherem Ansprechdruck vorgesehen.

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Mit dieser Auslaßmöglichkeit, die beispielsweise einen doppelt so großen Querschnitt aufweist, kann ein Zersprengen des Betonbehälters 6 auch dann vermieden werden, wenn bei stärkerer Aufheizung im Fall des Kernschmelzens durch plötzlichen Einbruch etwa des aus dem Brennelementbecken stammenden Wasservolumens schlagartig große Dampfmengen entstehen, die das Speichervermögen des Betonbehälters übersteigen.

Die Ausblaseleitungen 75 führen zu einer großen Kiesschüttung 76 in der Zone 28. Von dort aus kann sich der Dampf in dem Kiesvolumen 19 des Hügels verteilen. Dies sorgt für eine Filterung und eine Kondensation des Dampfes, so daß keine radioaktiven Teile unmittelbar ins Freie gelangen können. Dabei ist durch zwei gasdichte Kunststoffolien 77 und 78, die praktisch parallel zueinander verlaufen, dafür gesorgt, daß die Radioaktivität auch durch Wasser, das zum Beispiel als Kondensat entsteht, nicht in das freie Grundwasser gespült werden kann. Die Kunststoffolien 77 und 78 bilden vielmehr mit ihrer leicht konischen Anordnung Ablaufflächen, mit denen solches Wasser im Normalfall in den inneren Bereich 18 der Wand 16 geführt wird. Für den Fall, daß die Kunststoffolie 77» die auf einer unteren Tonschicht 79 aufliegt, verletzt sein sollte, garantiert die in der Tonschicht 79 verlaufende untere Kunststoffolie 78, daß sich Leck- oder Regenwasser aus dem Bereich 19 nur in den Zwischenraum 17 ergießen kann.

Im oberen Bereich des Kiesvolumens 19» d.h. unterhalb der Tonschicht 23, können Durchlässe vorgesehen sein, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Zu diesem Zweck ist eine halbkreisförmige Schüttung 80 aus grobem Kies vorgesehen, die einen Sammelraum in der Zone 28 bildet. Dort beginnt eine durch die Tonschicht 23 und die Zerschellerschicht 25 nach außen führende Leitung 81 mit einem Absperrventil 82, das über eine Spindel 83 von Hand betätigt werden kann. Der Auslaß der Leitung 81 ist mit einer Haube 84 abgedeckt, die als Regenwasserschutz dient. Die Haube sorgt aber zugleich für einen mechanischen Schutz der Leitung Der Bereich 29 kann ebenfalls mit einer Kiesschüttung 85 versehen sein, die an der höchsten Stelle dieses Bereichs angeord-

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net ist und einen Sammelraum für eine Auslaßleitung 86 mit einem Ventil 87 und einer Abdeckhaube 88 bildet.

Die Auslaßleitungen 81 und 86, die auch einzeln vorgesehen sein können, ermöglichen eine Druckentlastung des Hügels 1 von Luft, die bei einem Störfall verdrängt werden könnte, damit ein Aufbrechen der Tonschicht 23 vermieden wird. Dabei können die Ventile 82 und 87 zum Beispiel druckabhängig gesteuert sein, indem sie bei größeren Überdrücken als 0,5 bar und bei größeren Unterdrücken als 0,2 bar geöffnet werden. Sie können aber außerdem eine aktivitätsabhängige Betätigung aufweisen, mit der ein Verschluß unabhängig vom Druck dann erhalten wird, wenn dieses ausströmende Medium radioaktiv sein sollte.

Mit 89 ist ein Sicherheitsventil bezeichnet, das die Sicherheitshülle 5 beispielsweise bei einem Überdruck von 5 bar in den Betonbehälter 6 hinein entlastet. Dieses Sicherheitsventil 89 soll vermeiden, daß bei einem Versagen der Notkühlung und gleichzeitigem Bruch einer druckführenden Leitung in der Sicherheitshülle 5 deren Druck über den Auslegungsdruck (6 bar) ansteigt. Der Energieinhalt der Sicherheitshülle 5 wird auf einen Wert begrenzt, der auch bei plötzlichem Versagen der Sicherheitshülle vom Betonbehälter 6 (4 bar) aufgenommen werden kann. Die Leitungsquerschnitte der mit niedrigem Ansprechdruck ausgelegten Ventile der Ventilanordnung 74 können deshalb stark gedrosselt sein auf beispielsweise vier öffnungen mit 20 cm Durchmesser, da nur noch die Nachwärmeenergie des schon langer stillstehenden Reaktors freigegeben werden muß. Dies ermöglicht eine ruhige Dampfkondensation im Kiesvolumen 19 und einen nur mäßig starken Anfall von Abluft in der Leitung 81, so daß auch deren Querschnitt klein bleiben kann (4 χ 20 cm).

Der Betonbehälter 6 ist.in der schematischen Darstellung der Fig. mit unterschiedlicher Wandstärke gezeichnet. Damit soll angedeutet sein, daß er in seinem unteren Teil eine mechanisch feste Wanne 93 und im oberen Bereich eine ebenfalls mechanisch feste Kappe 94 bildet. Dagegen kann in einem mittleren Bereich 95 eine

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gewisse Durchlässigkeit bei Uberbeanspruchungen gegeben sein. Die Betonkappe 94 besteht aus einer hitzebeständigen Betonsorte und trägt die Tonschicht 20.

Wie man sieht, ist das Innere 96 der kugelförmigen Sicherheitshülle 5 über Sicherheitsventile 89 mit dem Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 verbunden. Ihr Ansprechwert soll zwar so hoch wie möglich liegen, andererseits aber sicherstellen, daß die Sicherheitshülse 5 bei ansteigendem Druck nie plötzlich aufgesprengt werden kann, weil zuvor eine Entlastung über die Sicherheitsventile 89 stattfindet.

Demgegenüber ist der Ringraum 7 im Bereich 95 des Betonbehälters 6 über die Ventilanordnung 74 mit der sogenannten hochaktiven Zone 28 des Kiesvolumens 19 verbunden. Die Ventile 74 haben zum Beispiel einen Ansprechüberdruck von 4 bar. Die Zone 28 ist wiederum über druckabhängig offenbare Ventile 81 mit der Atmosphäre oberhalb des Hügels 1 verbunden, die einen Ansprechüberdruck von 0,5 bar aufweisen. Damit soll verhindert werden, daß der Hügel im Bereich der als Dichthaut dienenden Tonschicht 23 aufgebrochen werden kann, so daß Gase oder Dämpfe konzentriert entweichen. Bei größerem Gewicht der Tonschicht 23 und/oder der diese abdeckenden Zerschellerschieht 25 kann der Ansprechwert der Sicherheitsventile 81 auch höher gewählt werden.

Im Innenraum 18 innerhalb der inneren Wand 16 ist ein Brunnen 98 vorgesehen, aus dem eine Pumpe 99 ansaugen kann. Die Pumpe fördert nur bei Störfällen, die die Sicherheitshülle 5 und den Betonbehälter 6 bedrohen. Dabei gelangt das Wasser über eine Rückschlagklappe 100 und ein Stellventil 101 zu einer Sprüheinrichtung 102, die den oberen Bereich der Sicherheitshülle 5 kühlen kann, so daß in der Sicherheitshülle eine Druckabsenkung erreicht werden kann. Die Pumpe 99 kann ferner über ein Stellventil 103 und ein Filter 104 in den Zwischenraum 17 zwischen den beiden Wänden 15 und 16 fördern. Im Zwischenraum 17 ist der Brunnen 105 mit der Tauchpumpe 47 vorgesehen, die über die Filterstation 48 Grund- und Leckwasser in den außerhalb der Wand 15 gelegenen Bereich der

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grundwasserführenden Schicht 12 fördert» wie durch die Leitung 106 angedeutet ist.

Ein weiterer Brunnen 107» der redundant vierfach angelegt ist und für zum Beispiel 4 χ 150 to?/h ausgelegt ist, dient zur Speisung einer Pumpe 108. Von dieser kann über eine Leitung 109 mit einer Rückschlagklappe 110 und einem Stellventil 111 die Sprüheinrichtung 102 beaufschlagt werden. Ferner speist die Pumpe 108 Kühler oder Zwischenwärmetauscher 112, die zum Beispiel zur Kühlung von Notstromdieseln benötigt werden. Das aus dem Kühler 112 kommende Wasser kann bei Bedarf noch dem Tertiärverdampfer 69 zugeführt werden, mit dem die Energie der Kernreaktoranlage für den Fall, daß die normalen Wärmesenken ausfallen, zur Erzeugung von Dampf benutzt wird, wie in der Patentanmeldung P 25 54 180.4 angegeben ist. Der dabei erzeugte Dampf kann über ein Stellventil 114 und eine Rückschlagklappe 115 zu der Ausblaseleitung 70 geleitet werden.

Der Tertiärverdampfer 69 ist über eine Leitung 117 an die Frischdampfleitung 52 angeschlossen, die im Normalfall über das Absperrventil 61 zur Turbine führt. Das Sicherheitsventil 62 an der Frischdampfleitung 52 ermöglicht das Ausblasen von Dampf in die sogenannte schwachaktive Zone 29 des Kiesvolumens 19, wie durch die Leitung 63 angedeutet ist. Dabei kann durch das Überdruckventil 87 die im Erdreich normalerweise vorhandene Luft abgelassen werden, wenn der Überdruck beim Einleiten des Dampfes 0,5 bar übersteigt.

Die Pumpe 108 für den Kühler 112 und den Tertiärverdampfer 69 ist zusammen mit der Absperreinrichtung 61 der Frischdampfleitung 52 und dem an diese angeschlossenen Sicherheitsventil 62 in der in Fig. 5 strichpunktiert angedeuteten Nebenzelle 60 untergebracht, die im Erdreich des Hügels liegt, wie die Fig. 2 bis 4 zeigen. Diese Nebenzelle enthält auch eine weitere Pumpe 118, mit der das im Tertiärverdampfer 69 anfallende Kondensat (Speisewasser) zum Dampferzeuger über eine Leitung 119 zurückgefordert wird.

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Beim Ausfuhrungsbeispiel ist dargestellt, daß das Sicherheitsventil 89 der Sicherheitshülle 5 in den Ringraum 7 führt, aus dem weitere Sicherheitsventile der Ventilanordnung 74 eine Entlastung ermöglichen. Man kann aber auch eine direkte Entlastungsleitung aus der Sicherheitshülle 5 in die "hochaktive" Zone 29 des Kiesvolumens 19 vorsehen, damit ohne Beeinträchtigung der Zugänglichkeit des Ringraumes 7 eine Druckentlastung für die Sicherheitshülle geschaffen werden kann.

13 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

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1. Kerntechnische Anlage» insbesondere Kernkraftwerk, deren aktivitätsführende Komponenten in einem Betonbehälter eingeschlossen sind, der von einem ErdhUgel überdeckt ist, da, durch gekennzeichnet, daß ein Bereich geringerer Dichte im Erdhügel (1) in Abstand von dessen Oberfläche über eine druckabhängig offenbare Einrichtung (74) mit dem Betonbehälter (6) verbunden ist.

2. Kerntechnische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (76) im untersten Teil eines aufgeschütteten Erdhügels (1) liegt.

3* Kerntechnische Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betonbehälter (6) an seiner Oberseite mit einer dichten Schicht (20) aus tonigem Material bedeckt ist.

4. Kerntechnische Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (76) im Erdhügel (l) außerhalb einer Schicht liegt, die den Betonbehälter (6) umgibt und einen verringerten Druck aufweist.

5. Kerntechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (76) durch eine wasserundurchlässige Schicht (77,78,79) vom Grundwasser (11) getrennt ist.

6. Kerntechnische Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (76) durch ein Rohr (75) angeschlossen ist, das oberhalb des Grundwasserspiegels (11) verläuft.

7. Kerntechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdhügeloberfläche oberhalb des Bereichs (76) eine Schutzschicht (23) gegen unkontrolliertes Eindringen von Regenwasser aufweist.

8. Kerntechnische Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (23) aus tonigem Material besteht.

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ORIGINAL INSPECTED

~ *r - 76 P 9 3 5 4 BRD

9. Kerntechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (23) von einer Abblaseleitung (81) durchbrochen ist, deren Querschnitt etwa gleich dem Querschnitt der druckabhängig offenbaren Einrichtung (74) ist.

10. Kerntechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Betonbehälters (6) eine Sicherheitshülle (5) angeordnet ist, die Primärkreiskomponenten einschließt und über ein Sicherheitsventil (89) mit dem Innenraun des Betonbehälters (6) verbunden ist.

11. Kerntechnische Anlage nach Anspruch 1O₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Ansprechdruck des Sicherheitsventils (89) größer ist als der Ansprechdruck der druckabhängig offenbaren Einrichtungen (74) des Betonbehälters (6).

12. Kerntechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bereiche (19, 64, 76) geringerer Dichte mit dem Betonbehälter (6) verbunden sind und daß die Bereiche voneinander, vom Betonbehälter und von anderen sicherheitstechnisch wichtigen Räumen durch undurchlässige Erdschichten (27) getrennt sind.

13· Kerntechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hügel (1) mehrere Betonbehälter (6, 43, 60) mit diesen zugeordneten, voneinander getrennten Bereichen (28, 29) enthält.

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