DE2709914C2 - Flüssigmetallgekühlter Kernreaktor mit Einrichtungen zur Verhinderung der Konvektion von Metalldämpfen - Google Patents

Description

kühleren Teilen der Anlage weitgehend unterbunden, obwohl zwischen den Rändern der Barrieren und der Behälterinnenwand, sowie an den für die Durchführung von Regelstäben, Handhabungseinrichtungen usw. erforderlichen öffnungen Spalte von einer Breite vorhanden sind, die ein Verstopfen durch Ablagerungen ausschließt Trotz des Vorhandenseins dieser Spalte tritt kaum ein Gasaustausch zwischen den durch die Barrieren abgeteilten Räumen auf, da zwischen ihnen keine Druckdifferenzen auftreten; die Barrieren können daher als »quasi dicht« bezeichnet werden. Durch die kegelförmige Ausbildung der Konvektionsbarrieren, wobei sich die Spitze annähernd in der Mitte des Schutzgasraumes befindet, wird eine günstigere Form der Strömung erreicht, und darüber hinaus ermöglicht die Schräge der Bleche dem dort sich niederschlagenden Flüssigmetall ein leichteres Ablaufen zur niedrigsten Stelle hin, von der es in das Flüssigmetallplenum des Reaktors abtropfen kann.

Für einen Kernreaktoren mit mehreren ineinandergeschachtelten und unabhängig voneinander beweglichen Drehdeckeln wird gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, daß jede der Konvektionsbarrieren aus mehreren Einzelblechen besteht, die mit den dazugehörigen Drehdeckeln (an denen sie zweckmäßigerweise befestigt sind) annähernd kongruent (d. h. an den Rändern überlappen die kleineren Bleche etwas die sie umgebenden größeren) und koaxial mit ihnen drehbar sind. Die Durchführung der an den Drehdeckeln befestigten Einbauten, wie der Regelstäbe oder der Handhabungseinrichtungen bietet so keine Probleme, zumal auch unterschiedliche Wärmedehnungen ausgeglichen werden.

Ist der Kernreaktor mit einem durch einen Spalt vom Reaktorbehälter getrennten Stopfen oder Deckel versehen, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß in dem Spalt ein oder mehrere, einander überlappende Paare von ringförmigen Blechen angeordnet sind, die abwechselnd am Behälter und am Deckel befestigt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt diese einen Teil eines flüssigmetallgekühlten Kernreaktors im Längsaxialschnitt.

Innerhalb eines Reaktorbehälters 1, der bis zu einem Spiegel 2 mit flüssigem Metall, hier mit Natrium gefüllt ist, ist eine Spaltzone 3 angeordnet, deren Leistungsfreisetzung mit Hilfe von Regelstäben 4 gesteuert wird, die in bekannter Weise mit Hilfe von Regelstabantrieben 5 auf und nieder bewegt werden können. Der Reaktorbehälter 1 ist nach oben mit einem Deckel 6 abgeschlossen, der auf Lagern 7 und mit Hilfe eines hier nicht dargestellten Antriebes drehbar ist Innerhalb des Drehdekkels 6 und exzentrisch zu dessen Mittelachse ist ein zweiter Drehdeckel 8 angeordnet, der Durchbrechungen 9 aufweist in denen die Regelstäbe 4 geführt sind und der auf Lagern 10 und mit Hilfe eines hier nicht dargestellten Antriebes gedreht werden kann. Innerhalb des zweiten Drehdeckels 8 und exzentrisch zu dessen Mittelachse ist ein dritter Drehdeckel 11 angeordnet, der mittels eines hier ebenfalls nicht dargestellten Antriebes auf Lagern 12 drehbar ist und in dem Vorrichtungen 13 bekannter Konstruktion eingebaut sind, mit deren Hilfe die Brennelemente in die Spaltzone 3 eingesetzt und herausgehoben werden können. Durch entsprechendes Verdrehen der Deckel 6,8 und 11 können die Vorrichtungen 13 über jedes einzelne Element der Spaltzone 3 positioniert werden. Die Regelstäbe 4 sind teilbar derart, daß deren untere Teile mit den hier nicht sichtbaren Absorbern in der Spaltzone 3 verbleiben, wenn die oberen Teile mit dem zweiten Drehdeckel 8 beiseite geschwenkt werden. Die Drehdeckel 6,8 und 11 sind an ihrer Unterseite mit Abschirmungen 14,15,16 versehen. Zum Schütze derselben vor der Hitzestrahlung des Kühlmittels sind die Abschirmungen 14,15 und 16 an ihrer Unterseite mit Paketen von Wärmedämmblechen 17 bzw. 18'bzw. 19 versehen. Der Zwischenraum 20 zwischen dem Kühlmittelspiegel 2 und der Unterseite der Drehdeckel ist mit einem inerten Schutzgas, beispielsweise Argon gefüllt Dieses Argon enthält in bedeutendem Maße Flüssigmetalldämpfe und Aerosole, die z. B. in den Spalt zwischen dem Drehdeckel 6 und dem Reaktorbehälter 1, in die Spalte zwischen den einzelnen Drehdeckeln oder in die Durchführung 9 eindringen können. Da sich diese Teile auf verhältnismäßig niedriger Temperatur befinden, kann es zur Kondensation von Metalldämpfen oder zum Ausfällen von Verunreinigungen wie Metalloxiden aus dem Argon kommen, was zum Beispiel die Lager 7,10 und 12 und damit die Beweglichkeit der Drehdeckel oder auch die Beweglichkeit der Regelstäbe gefährden kann. Dies wird durch die Konvektion unterstützt, die sich zwangsläufig aus der der Höhe nach abnehmenden Temperatur in dem Zwischenraum 20 oberhalb des Flüssigmetallspiegels 2 ergibt Zur Eindämmung dieser Konvektion sind zwei Konvektionsbarrieren 21 und 22 eingebaut Die untere Konvektionsbarriere 21 besteht aus drei Einzelblechen, 23,24 und 25 und die obere Konvektionsbarriere 22 aus drei Einzelblechen 26,27 und 28, dabei haben die Bleche 24 und 27 etwa den Umriß des zweiten Drehdeckels 8 und die Bleche 25 und 28 etwa denjenigen des dritten Drehdeckels 11, während die Bleche 23 und 26 den darüberhinaus innerhalb einer seitlichen Begrenzung 29 verbleibenden Querschnitt abdecken. Die Bleche 26 bzw. 27 bzw. 28 sind mit Stäben 30 von den Drehdeckeln 6 bzw. 8 bzw. 11 abgehängt und drehen sich mit diesem, so daß die Beweglichkeit der Regelstäbe 4 und der Brennelementwechseleinrichtungen 13 nicht behindert wird. Die Bleche 23, 24 und 25 sind mit Stäben 31 auf einer eben unterhalb des Kühlmittelspiegels 2 gelegenen aus drei mit den Drehdeckeln 6,8 bzw. 11 koaxialen Einzelteilen 32, 33, 34 bestehenden Tauchplatte aufgeständen, in der die Regelstäbe 4 geführt und auf der hier nicht dargestellte Meßinstrumente zur Überwachung der Spaltzone 3 angebracht sind. Die Einzelplatten 32 bzw. 33 bzw. 34 sind mittels Hängekonstruktionen 29 bzw. 35 bzw. 36 an den Drehdeckeln 6 bzw. 8 bzw. 11 befestigt. Die Bleche 23, 24, 25 bzw. 26, 27, 28 sind schräg oder kegelig ausgeführt, damit das an ihnen kondensierende Flüssigmetall leichter abtropfen kann, indem es zu den tiefsten Punkten der Bleche läuft und sich dort sammelt Die Bleche sind ferner an ihren Begrenzungen etwas überlappend ausgeführt, um die die Konvektion fördernden Spalte so gering wie möglich zu halten. In dem besonders großen Spalt zwischen dem Drehdeckel 6 und dem Reaktorbehälter 1 sind eine Reihe weiterer Bleche 37 (am Reaktorbehälter 1 befestigt) und 38 (am Drehdeckel 6 befestigt) angeordnet, die kemmertig und einender teilweise über!?»ⁿⁿend ineiQEndei "reifen und mit dazu beitragen, daß eine Metalldämpfe in diesen Spalt führende Konvektion unterbunden wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Funktionsfähigkeit wichtiger Teile des Kernreaktors, Patentansprüche: beispielsweise der Regelstäbe und das Drehen des Re aktordeckels stark behindert werden. Im günstigsten

1. Flüssigmetallgekühlter Kernreaktor mit: Falle bedingt dies an den gefährdeten Stellen eine auf-

5 wendige Begleitheizung, um das Metall wieder zu

a) einem mit flüssigem Metall gefüllten Reaktor- schmelzen. Wesentlich ungünstiger liegen die Verhältbehältertl), nisse noch, wenn es sich bei dem Kondensat nicht um

b) einem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (2) an- reines Metall, sondern um Reaktionsprodukte desselgeordneten Reaktordeckel (6), ben, beispielsweise Oxide handelt Diese sind auch durch

c) einem zwischen Flüssigkeitsspiegel (2) und Re- to Beheizen nicht mehr zu entfernen. Es ist daher wiinaktordeckel (6) befindlichen Gasraum (20), sehenswert, den Transport solcher Metalldämpfe und

d) einer im Gasraum (20) angeordneten Konvek- -aerosole in der Schutzgasatmosphäre zu verhindern, tionsbarriere (21, 22) zur Verminderung der wobei bedacht werden muß, daß für Handhabungsvor-Kondensation von Metalldampf am Reaktor- richtungen und Instrumentation ein erheblicher freier deckel (6), 15 Raum zwischen Flüssigmetalloberfläche und Deckel des

Reaktorbehälters erforderlich ist

gekennzeichnetdurch folgende Merkmale: Um wenigstens den aus Fertigungs- und wärmetech

nischen Gründen zwischen einem Reaktordrehdeckel

e) die Konvektionsbarriere (21, 22) besteht aus und der dazugehörigen öffnung im Reaktorbehälter mehreren quasi-dichten Kondensationsblechen 20 vorhandenen Spalt vor dem Eindringen von Metall-(23,24,25,26,27,28), die im Gasraum (20) zwi- dämpfen zu schützen, hat die Anmelderin in der DE-OS sehen Flüssigkeitsspiegel (2) und Reaktordeckel 18 13 820 vorgeschlagen, den Deckel auf einen am Re-(6) im wesentlichen in horizontalen Ebenen an- aktorbehälter angebrachten Flanschring in Art eines geordnet sind, Ventilsitzes dicht aufliegen zu lassen, so daß der Spalt

f) die Konvektionsbleche (23, 24, 25, 26, 27, 28) 25 vor dem Eindringen von Metalldämpfen geschützt ist, laufen in ihrer Mitte kegelförmig nach unten zu, und der Deckel nur bei Bedarf mittels besonderer Hubdamit der an den Kondensationsblechen (23,24, vorrichtungen soweit anzuheben, daß er gedreht wer-25, 26, 27, 28) kondensierte Metalldampf von den kann. Da der Drehdeckel aus Sicherheitsgründen den durch die Kegelform bewirkten Spitzen in mit einem besonders wirksamen Strahlenschutz verseden Reaktorbehälter (1) zurücktropfen kann. 30 hen werden muß, hat er ein bedeutendes Gewicht und

die Hubvorrichtungen müßten entsprechend kräftig

2. Kernreaktor nach Anspruch 1 mit ineinander- ausgelegt werden. Darüber hinaus bietet eine Ausfühgeschachtelten, unabhängig voneinander bewegli- rungsform entsprechend dieser Schrift nur dem Deckelchen Drehdeckeln (6, 8, 11). dadurch gekennzeich- spalt selbst Schutz, nicht aber den zahlreichen anderen net, daß jede der Konvektionsbarrieren (21 bzw. 22) 35 unterhalb desselben in der Schutzgasatmosphäre angeaus mehreren Einzelblechen (23,24, 25 bzw. 26, 27, ordneten Bauteilen. Aus der US-PS 35 48 931 ist es fer-28) besteht, die mit den dazugehörigen Drehdeckeln ner bekannt, den Kernreaktor innerhalb eines Doppel-(6,8,11) annähernd kongruent und koaxial mit ihnen tankes anzuordnen, wobei die Drehdeckel nur den äudrehbar sind. fieren Tank abschließen und der eigentliche Kernreak-

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2 mit einem 40 tor, d. h. die Spaltzone sowie etwaige Wärmetauscher Spalt zwischen Behälter (ϊ) und Deckel (6), dadurch den inneren Behälter durchdringend angeordnet sind gekennzeichnet, daß in dem Spalt ein oder mehrere, Diese Durchdringungen sind durch zahlreiche einander einander überlappende Paare von ringförmigen BIe- überlappende, teils am Reaktorbehälter, teils an den chen (37, 38) angeordnet sind, die abwechselnd am Einbauten befestige Bleche annähernd abgedichtet. Im-Reaktorbehälter (1) und am Deckel (6) befestigt sind. 45 merhin wird mit dem Durchtreten metalldampfhaltigen

Schutzgases durch diese Spalte gerechnet, und um dieses zu verhindern wird vorgeschlagen, den Ringraum

Die vorliegende Erfindung betrifft einen flüssigme- zwischen den Behältern mit reinem, unter erhöhtem

tallgekühlten Kernreaktor nach dem Oberbegriff des Druck stehendem Schutzgas zu füllen, das durch diese

Patentanspruchs 1. Ein solcher Kernreaktor ist aus der 50 Spalte eine in den inneren Behälter hineingerichtete

DE-OS18 13 820 bekannt Strömung aufrecht erhält Diese Ausführungsform be-

Es hat sich gezeigt, daß beim Betrieb von mit Flüssig- dingt neben einem zusätzlichen Behälter einen weiteren

metall, insbesondere mit flüssigem Natrium, gekühlten Aufwand in Form von Pumpen sowie die Notwendig-

Kernreaktoren sich in der Schutzgasatmosphäre des keit, aus dem inneren Behälter dauernd Schutzgas abzu-

Reaktors größere Mengen an Metalldämpfen und -ae- 55 führen und zu reinigen.

rosolen bilden. Dabei werden die unteren Schichten der Aufgabe der Erfindung ist es, den flüssigmetallgekühl-Schutzgasatmosphäre durch das darunterliegende heiße ten Kernreaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Kühlmittel besonders stark aufgeheizt, während sich die so weiterzubilden, daß die Konvektionsbarriere die oberen Teile der Schutzgasatmosphäre und die sie be- Kondensation von Metalldampf an kühleren Teilen des grenzenden Wände, beispielsweise der Deckel des 60 Kernreaktors wirksamer verhindert und zugleich das Kernreaktors, auf wesentlich niedrigerer Temperatur Zurückfließen des an der Konvektionsbarriere kondenbefinden. Durch diese Temperaiurvericiiung kumiiii es sicricii fvlciailuaiiipis crlciCiiicri wird,
in der Schutzgasatmosphäre zu aufwärtsgerichteten Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Strömungen, durch die gesättigte Metalldämpfe in Be- Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst,
rührung mit den verhältnismäßig kühlen Flächen des 65 Diese Art von Einrichtung erfordert nur einen gerin-Kernreaktorbehälters und seiner Einbauten kommen, gen baulichen Aufwand und ist auch im Betrieb recht wo sie sich niederschlagen und unter Umständen sogar unempfindlich; trotzdem wird der durch die Konvektion zu festem Metall gefrieren können. Dadurch kann die hervorgerufene Transport von Flüssigmetall zu den