DE2716135A1 - Kernreaktorsteuerung und -regelung - Google Patents
Kernreaktorsteuerung und -regelungInfo
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- G21C7/08—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section by displacement of solid control elements, e.g. control rods
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Description
DR. PERU DIPL.-ING. STA^F
DIPL-ING. SCHWABS I)R. DR. SANDMAIR
I C-. f.t :>. iji
UNITED KINGDOM ATOMIC ENERGY AUTHORITY London
Kernreaktorsteuerung und -Regelung
Die Erfindung betrifft die Steuerung und Regelung eines Kern reaktors .
Bei einem Kernreaktor, bei dem flüssiges Kühlmittel durch
den Reaktorkern und durch Wärmeaustauschereinrichtungen durch eine Anzahl von Umwälzern umgewälzt wird, besteht die
Gefahr, daß im Falle einer Verminderung des Kühlmittelflusses durch z.B. Ausfall eines Kühlmittelumwälzers der Kernbrenn
stoff überhitzt wird. Deswegen ist es üblich gewesen, ein
Auslösesignal vorzusehen, das auf eine merkliche Verminderung im Maß oder im Druck des Kühlmittelflusses hin ausgelost wird.
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-*-- 2716133
wodurch neutronenabsorbierendes Material in der Form von Steuerstäben in den Kern fallengelassen oder eingeschossen
wird um ein sofortiges und völliges Abschalten des Reaktors zu bewirken.
Wenn der Reaktor in einer elektrischen Energieerzeugungsanlage benutz wird, ist diese Lösung des Problems nicht
völlig befriedigend, weil sie einen völligen Verluet an Ausgangsleistung bedeutet, die Einführung zusätzlicher
Hilfseinrichtungen zur Unterhaltung des Reaktors in sicherem Zustand erfordert und einen komplizierten Anlaufvorgang
mit sich bringt, um den Betrieb der Anlage wieder aufzunehmen. Die sofortige und völlige Abschaltung einer Anlage
erlegt den Betreibern klarerweise erhebliche finanzielle Lasten auf.
Die Erfindung schafft daher eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung eines Kernreaktors, die eine schnelle Leistungeverminderung
durch Änderung der Reaktivität in einer geeigneten Größenordnung erreicht, um die Erfordernisse für einen
fortgesetzten sicheren Betrieb auf eine teilweise Verminderung im Kühlmittelfluß oder Kühlmitteldruck hin zu erfüllen.
Erfindungsgemäß spricht in einem Kernreaktor, bei dem flüssigges Kühlmittel im Wärmeaustausch über Kernbrennstoff fließt
und bei dem Steuerstäbe aus neutronenabsorbierendem Material
- 3 709843/0868
-^- 271613b
benutzt werden um die Reaktivität des Reaktor zu regeln,
mindestens ein Steuerstab auf ein Auslösesignal an, wodurch der Steuerstab in den Reaktorkern in zwei auf einander folgenden Stufen einführbar ist, erstens durch ungeregelten
Einschuß in eine Richtung und zweitens durch geregeltes Einfahren. Der ungeregelte Einschuß in eine Richtung kann
durch freien Fall oder durch Antrieb mittels gespeicherter Energie bewirkt werden.
Eine Einrichtung um die Einführung des Steuerstabes in zwei aufeinander folgenden Schritten zu bewirken kann eine erste
Einklink- bzw. Anschlagvorrichtung aufweisen, um den Steuerstab oberhalb des Reaktorkerns aufzuhängen, wobei die Vorrichtung auslösend auf das Auslösesignal anspricht, und eine
zweite Einklink- bzw. Anschlagvorrichtung, um den freien Fall oder den ungesteuerten Einschuß des Steuerstabes anzuhalten
und eine Einrichtung, die auf Steuer- oder Regelsignale zur Einstellung der Lage der zweiten Einklink- oder Anschlagvorrichtung anspricht, wodurch die senkrechte Anhaltelage des
Steuerstabes und das nachfolgende geregelte Einfahren in den Reaktorkern variiert werden kann.
Die Erfindung kann auf flUssigmetallgekühlte Schnelle Brüter
angewandt werden und sie stellt sicher, daß bei einem Notfall, bei dem der Kühlmittelfluß vermindert ist, eine schnelle
Leietungsdrosselung geeigneter Größe durch begrenzten Einschuß
von Steuerstaben in den Reaktor erreicht wird, wobei die Einführung ausreicht, um die Reaktivität auf ein sicheres Maß zu
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vermindern und darauf eine Feineinstellung bei der verminderten Leistungsabgabe durch automatische Regelung
erreicht wird.
Nachfolgend wird der Aufbau eines flüsslgmeiallgekühlten
Schnellen Brüters unter Einschluß der Erfindung In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1. einen Querschnitt des Aufbaus und
Figur 2. schematisch den Mechanismus zur Steuerung und Regelung der Reaktivität.
In dem In Figur 1 gezeigten Kernreaktoraufbau 1st der Kern
1 eines schnellen Brüters In ein Bad 2 aus flüssigem Natrium
eingetaaoht, dai< In einem ersten Behältnis 3 enthalten 1st.
Das Behältnis 3 wird von einem gewölbtem Sicherheitsbehälter
aus Beton aufgenommen, der eine Abdeckung 5 hat, an dem das
erste Behältnis 3 hängt. Der Reaktorkern wird durch eine
(durchlässige) Kerntragplatte 6 getragen, die von der Abdeckung 5 gehalten wird, und de· Reaktorkern 1st von einer Ummantelung
7 umgeben. Die Abdeckung 5 hat sahireiche Durchführungen für Hilfsauerüstungen, darunter vier Wärmeaustauscher 8 und vier
Kühlmlttelumwälzer 9 (wobei nur jeweils ein Wärmeaustauscher
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und ein Kühlmlttelumwälzer gezeigt 1st) und hat einen Drehabschirmdeckfel 10. Der Drehabschirmdeckel weist einen äußeren drehbaren Teil auf, In dem ein Innerer drehbarer Teil exzentrisch angebracht ist. In der Abschirmung befinden eich
Durchführungen für Steuer- und Regeleinrichtungen 11 und solche, die den Zugang zu Brennstoffeinsätzen im Kern ermöglichen.
Im Betrieb wird Kühlmittel bei ungefähr 1000C vom Bereich des
Bades außerhalb der Ummantelung 7 durch den Kern 1, wo es auf ungefähr 6000C durch die (durchlässige) Kerntragplatte aufgeheizt wird, und dann durch die Ummantelung 7 zurück zum Bereich des Bades außerhalb der Ummantelung durch die Wärmeaustauscher 8 umgewälzt»
Beim Ausfall eines der Umwälzer, wodurch der Durchfluß des
Kühlmittels durch den Kern sehr vermindert wird, ist es nötig die Leistungsabgabe des Reaktorkerns sofort durch die
Einführung von Steuerstäben zu vermindern und dadurch eine
überhitzung zu vermeiden.
Die Steuer- und Regelmechanismen 11 sind in zwei Gruppen angeordnet. Eine erste Gruppe ist für die normale automatische
Steuerung und Regelung des Reaktors vorgesehen und eine sweite Gruppe für den Notgebrauch im FAlIe einer Fehlfunktion des
Reaktors, die, wenn nötig, ein sofortiges Abschalten des Reaktors bewirken könnte.
- 6 -709843/0868
Die Steuer- und Regelmechanismen 11 der zweiten Gruppe
weisen jeweils eine teleskopische Anordnung wie sie in Figur 2 gezeigt ist auf. Ein unterer Abschnitt 12 der Anordnung
bildet einen Steuerstab und weist neutronenabsorbierendes Material 13» wie Borstahl,auf, und ein oberer Abschnitt
14 weist ein Schraubteil 15 auf.
Der obere Abschnitt 14 1st innerhalb eines fest angebrachten röhrenförmigen Teiles 16 angebracht, das eine erste elektro-
17
magnetische Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung^än seinem unteren
Ende hat. Ein zugehöriges Klinken- oder Anschlagteil 18 am oberen Ende des unteren Abschnittes 12 der Anordnung befindet
sich normalerweise in Anlage mit der Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung 17, um das neutronenabsorbierende Material
oberhalb des Reaktorkerns zu halten. Das untere Ende des Schraubteiles 15 hat eine zweite elektromagnetische Klinkenbzw.
Anschlagvorrichtung 19, die das Klinken- bzw. Anschlagteil 18 anhalten und mit ihn in Anlage kommen kann, wenn der
untere Abschnitt durch die erste Klinken- bzw. Anschlagvor richtung 17 losgelassen wird und in den Reaktorkern fällt.
Das Schraubteil 15 steht in Eingriff mit einem Gewindering 20, der durch einen Antriebsmotor 21, der von einen Regelcomputer gesteuert wird, drehbar 1st. Der Mechanismus ist
so angeordnet, daß sich die zweite Klinken- bzw. Anschlag vorrichtung 19 Im Abstand von der ersten Klinken- bzw. An-
709843/0868 " 7 "
schlagvorrichtung 17 befindet, wobei der Abstand bzw. dessen Änderung duroh Computersignale geregelt wird, die
eine Punktion der ursprünglichen Leistung sind.
Im Falle einer schnellen Verminderung Im Maß oder Druck
des Kühlmittelflusses wird ein Auslösesignal gegeben, um
den Klinken- bzw. Anschlagmechanismus 17 jeder Anordnung auszulösen und den freien Fall der Steuerstäbe in den Kern
In einen Maß zu erlauben, das durch die Stellung der zweiten Klinken- bzw. Anschlagvorrichtungen, die den Fall der
Steuerstäbe anhalten, bestimmt ist»
Die teilweise Einführung des neutronenabsorbierenden Materials in den Kern bewirkt eine sofortige Änderung der Reaktivität um eine Leistungsrücknahme auf ein sicheres Maß zu
veranlassen. Das sichere Maß in Jedem einzelnen Moment: wird
durch den Computer bewertet und die entsprechende Lage der zweiten Klinken- oder Anschlagvorrichtung wird durch den
Regelcomputer bewirkt.
Danach wird der untere Abschnitt jeder Anordnung, der durch die zweiten Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung getragen wird,
variabel in den Reaktorkern mit Hilfe des Antriebsmotors und der Schraubeneinrichtung bei automatischen Steuersignalen, die voe Computer kommen, eingeführt. Wenn die Ursache
des Notfalles beseitigt worden ist, wenn z.B. der normale Wert des Kühlflusses wieder hergestellt worden ist, hebt
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der Antriebsmotor den unteren Abschnitt 12 in einer sicher
geregelten Weise empor, um das Klinken- bzw. Anschlagteil 18 wieder mit der elektromagnetischen Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung 17 in Eingriff zu bringen, wodurch das neutronenabsorbierende Material außerhalb des Kerns gehalten wird.
Der begrenzte freie Fall des Steuerstabes stellt eine schnelle Reaktion auf einen Notfall wie eine plötzliche Verminderung
des Kühlmittelflusses sicher und vermeidet die Notwendigkeit, den Reaktor und die zugehörige Kraftanlage in allen
Notfällen völlig abzuschalten.
Der beschriebene Aufbau sieht eine einzelne Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung 19 vor, um den freien Fall dee neutronenabsorbierenden Materials aufzuhalten. Es kann aber auch eine
Reihe von zweiten Klinken bzw. Anschlägen benutzt werden, wobei jede Klinken- oder Anschlagvorrichtung auf einen anderen
Reaktorparameter anspricht, so daß in einem Notfalle eine geeignete Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung mit Hilfe eines
computergesteuerten Signals so eingerichtet werden kann, daß sie mit dem Klinken- bzw. Anschlagteil 18 eingreift und den
Fall des Steuerstabes anhält. Die zweiten Klinken bzw. Anschläge können so angeordnet sein, daß der untere Abschnitt
des Steuerstabes 12 frei über sie gleiten kann, wenn sie nicht auf einen Regelparameter hin angeschaltet sind.
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ORIGINAL INSPECTED. " ·. ,. > i'
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform können die
Steuerstäbe in den Reaktorkern mit Hilfe gespeicherter Energie vorgetrieben werden, statt sich auf den freien Fall
zu verlassen, wodurch die Ansprechzeit vermindert wird.
- Patentansprüche -
- IO -
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Claims (5)
- PATENTANSPRÜCHE(1.;Kernreaktor, bei dem flüssiges Kühlmittel zum Wärmeaustausch über Kernbrennstoff fließt und bei dem Steuerstäbe aus neutronenabsorbierendem Material benutzt werden um die Reaktivität des Reaktors zu regeln, wobei mindestens ein Steuerstab auf ein Auslösesignal anspricht, g e k e η η · zeichnet durch eine Einrichtung, durch die der Steuerstab (12) in den Reaktorkern (1) in zwei auf einander folgenden Stufen eingeführt wird, erstens durch ungesteuerten Einschuß in eine Richtung und zweitens durch geregeltes Einfahren.
- 2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einführen des Steuerstabes in zwei auf einander folgenden Stufen eine erste Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung (17) zum Aufhängen des Steuerstabes (12)oberhalb des Reaktorkernes aufweist, wobei die Vorrichtung auf ein Auslösesignal auslösend anspricht, und eine zweite Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung (19) zum Anhalten des ungesteuerten Einschusses In eine Richtung des Steuerstabes und Einrichtungen, die auf Regelsignale ansprechen, zum Einstellen der Lage der zweiten Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung, wodurch die7098A3/0868 ORIGINAL INSPECTED ^11 _senkrechte Anhaltelage des Steuerstabes und das nachfolgende geregelte Einfahren In den Reaktorkern variiert werden kann, aufweist.
- 3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstab (E) durch die Einrichtung zur Einstellung der Lage der zweiten Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung (19) In die ursprüngliche Lage, In der er (32) mit der ersten Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung In Eingriff 1st, rückführbar 1st.
- 4. Kernreaktor nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet , daß die Klinken- bzw. Anschlagvorrichtungen (17, 19) elektromagnetischer Art sind und durch Unterbrechung der Stromzufuhr zu den Klinken- bzw. Anschlagvorrichtungen gelöst werden können.
- 5. Kernreaktor nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von zweiten Klinken- bzw. Anschlagvorrichtungen (19) In Reihe angeordnet 1st, wobei jede solche zweite Klinken- bzw. Anschlagvorrichtung auf einen Reaktorparameter anspricht.709843/0868
Applications Claiming Priority (1)
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: SCHWABE, H., DIPL.-ING. SANDMAIR, K., DIPL.-CHEM. |
|
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| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |