DE2815424C2 - Sicherheitsvorrichtung für Kernreaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für Kernreaktoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Sicherheitsvorrichtung ist aus der US-PS 39 40 309 bekannt

Bei der bekannten Sicherheitsvorrichtung wird bei Überschreiten eines Temperaturgrenzwerts die Anziehungskraft zwischen dem Magneten und dem Kopf des Elements unter den zum Halten notwendigen Wert abgesenkt, so daß das Element in den Reaktorkern des Kernreaktors einfällt Diese bekannte Sicherheitsvorrichtung weist mehrere Elektromagnete auf, die gemeinsam auf den ferromagnetischen Kopf des Elements einwirken. Die Ansteuerung der Elektromagnete erfolgt dabei von mehreren Meßwertaufnehmern für verschiedene Parameter, deren Ausgangssignale die Erregung oder Nichterregung der Elektromagnete bestimmen.

Der Nachteil dieser bekannten Sicherheitsvorrichtung besteht insbesondere darin, daß zahlreiche störanfällige Meßwertaufnehmer und Datenleitungen vorgesehen sein müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung für Kernreaktoren zu schaffen, die unmittelbar auf die erhöhte Temperatur eines Kernreaktors anspricht und keine besonderen Meßwertaufnehmer benötigt.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung bewirkt der Temperaturanstieg im Kernreaktor, der z. B. durch die Beendigung der Kühlung des Kerns entstehen kann, daß das metallische Bauteil auf den Kopf des absorbierenden Elements einwirkt, wodurch es seine Trennung von der Steuerstange verursacht Dabei ist ein sicheres und automatisches Funktionieren gewährleistet, und die Temperatur, bei welcher sich das absorbiere,;de EIe- · ment ablöst, kann reproduzierbar eingestellt werden.

ίο Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das metallische Bauteil ein Zylindermantel, der den von der Steuerstange getragenen Magneten mit einem gewissen Spielraum umgibt und in Axialrichtung mit der Steuerstange ausgerichtet ist Sein Rand schließt mit dem Kopf des absorbierenden Elements ab.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das metallische Bauteil ein Zapfen, der in der Steuerstange axial angeordnet ist und durch eine Öffnung des Magneten hindurchgeht

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fi g. 1 eine schematische Schnitt-Darstellung durch einen Teil eines schnellen Reaktors mit einer axial beweglichen Steuerstange für die Positionssteuerung eines absorbierenden Elements;

Fi g. 2 eine vergrößerte Detail-Ansicht des Endes der Steuerstange und des Kopfes des absorbierenden Elements nach F i g. 1;

Fig.3 eine Ansicht entsprechend der Ansicht der F i g. 2, die ein zweites Ausführungsbeispiel darstellt

In der F i g. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 der schematisch dargestellte Kern eines Atomreaktors bezeichnet, der mit schnellen Neutronen arbeitet, wobei dieser Kern in eine hinreichende Menge 2 eines zur Kühlung bestimmten Flüssigmetalls — im allgemeinen Natrium — eingetaucht ist, das sich im Innern eines (hier nicht dargestellten) Behälters befindet

Das Natrium in dem Behälter wird durch ein Polster 3 eines neutralen Gases bedeckt, während dieser Behälter in seinem oberen Teil durch eine horizontale Schutzplatte 4 verschlossen ist, die eine untere Metallplatte 5 und eine ausreichend dicke Schicht 6 eines schützenden Materials, z. B. Beton, aufweist Im Innern des Kerns 1 sind in bekannter Weise vorgesehen, die zur Einleitung und Aufrechterhaltung einer nuklearen Reaktion notwendig sind, wobei diese Stäbe in der Zeichnung nicht dargestellt sind, um letztere übersichtlich zu halten. Es ist nur das obere offene Ende eines Gehäuses 7 gezeigt, das zwischen den anderen Stäben des Kerns angeordnet ist und die gleiche geometrische Form wie diese hat; im Innern dieses Gehäuses 7 gleitet ein absorbierendes Element 8. Dieses Element 8 ist an seinem oberen Teil mit einem Kopf 9 ausgestattet, der die Verbindung des Elements 8 mit dem unteren Teil einer axialen Steuerstange 10 ermöglicht.

Die Verbindung zwischen der axialen Steuerstange 10 und dem Kopf 9 des absorbierenden Elements 8 ist trennbar und wird mit Hilfe eines Elektromagneten 11 sichergestellt, um ein schnelles Einfallen des Elements 8 in das Gehäuse 7 zu ermöglichen, indem die Stromzufuhr zu dem Elektromagneten unterbrochen wird. Unabhängig von dem Funktionieren dieser Sicherheitsvorrichtung kann die Stange 10 axial verschoben werden, da sie im Innern eines Führungsrohrs 12 gleitet und an ihrem oberen Ende ein Steuersystem 13 enthält, welches hier aus einer Schraubenmutter 14 besteht, die in eine mit einem Schraubengewinde 15 versehene dreh-

bare Stange eingreift

Die Schraubenmutter 14 weist seitlich einen Keil 16 auf, der in einer Nut 17 des Führungsrohrs 12 gleitet, um die Rotationsbewegung der mit einem Gewinde versehenen Stange 15 in eine axiale Verschiebungsbewegung für die Stange 10 umzuwandeln. Die aus dem Führungsrohr 12 und der Stange 10 bestehende Einheit wird durch einen Deckel 18 gehalten, welcher in eine geeignete öffnung eingreift, die in der Schutzplatte 4 vorgesehen ist

Die Fig.2 zeigt in größerem Maßstab das untere Ende der Steuerstange 10, welches mit einem Elektromagneten 11 ausgestattet ist Dieser ist — unter Beibehaltung eines angemessenen Zwischenraums — von einem koaxialen Mantel 19 umgeben, der aus einem Material (Metall oder Legierung) hergestellt ist, das einen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, welcher erheblich größer ist als der Ausdehnungskoeffizient des für den Kern des Elektromagneten verwandten Materials. Das untere Ende 20 des Mantels 19 fluchtet mit dem Kopf 9 des Elements 8 derart, daß bei normaler Funktionsweise der Magnetanker 21 einen Luftspalt 22 ausspart, der dazu dient, das Halten des Elements 8 zu gewährleisten. Auf diese Weise veranlaßt jeder Temperaturanstieg in dem Reaktorkern, der beispielsweise durch einen Stillstand der Pumpen des Flüssigmetall-Kreislaufs hervorgerufen wird, eine Zunahme der Längsabmessungen des Mantels 19, so daß dessen Ende auf den Kopf 9 des absorbierenden Elements 8 drückt wodurch seine Verbindung mit dem Anker 21 aufgehoben und das Fallen dieses Elements in das Gehäuse 7 ausgelöst wird. Die Temperatur für das Ausklinken des Elements 8 kann durch die Ausgangslage des Mantels 19 und die Größe des Luftspalts 22 des Elektromagneten eingestellt werden.

Es ist zu beachten, daß immer genügend Spielraum 30 zwischen dem Mantel 19 und dem Elektromagneten 11 gelassen wird, um ein ausreichendes Zurückziehen des Mantels beim "\bsinken der Temperatur sicherzustellen.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, das in der Fig.3 dargestellt ist, ist das metallische Bauteil als Axialstange 23 ausgebildet, die durch den Anker 29 des Elektromagneten hindurchgeht, um wiederum auf den; Kopf 9 des absorbierenden Elements 8 aufzuliegen und, wie bei dem vorangegangenen Beispiel, als Folge eines Temperaturanstiegs die Trennung der Verbindung mit der Steuerstaage und das Fallen in den Kern auszulösen. Das Verhältnis zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Elektromagneten, vorzugsweise sehr reines elektrolytisches Eisen, und dem Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Mantels oder des

to axialen Zapfens, welcher sich in dem Elektromagneten befindet sollte nahe bei 2 Hegen. Wenn diese Koeffizienten in der Größenordnung von 1 mm pro Meterund pro 100⁰C für den Magneten von 2 mm pro Meter und pro 100° C für das metallische Bauteil betragen, wird ein zylindrischer Mantel von 500 mm Länge eine Ausdehnung von mehr als 5/10 mm in Bezug auf die Ausdehnung des Elektromagneten aufweisen, wenn die Temperatur des Flüssigmetalls von der normalen Arbeitstemperatur von 545° C auf etwa 645° C steigt, ein Wert, der bei weitem ausreicht, um die Trennung (tis Elektromagneten von dem absorbierenden Element zu gewährleisten, und zwar mit einer ausreichend kurzen Reaktionszeit

Mit dec Erfindung wird also eine Sicherheitsvorrichtung von sehr einfacher Konzeption geschaffen, die ein vollautomatisches und sicheres Funktionieren für den Fall eines durch einen mangelhaften Durchfluß um den Kern herum bedingten oder auf eine andere Ursache zurückzuführenden Temperaturanstiegs gewährleistet Es ist im übrigen festzuhalten, daß das Fehlen des Durchflusses oder die Verringerung der Durchsatzmenge des Flüssigmetall nicht nur eine Ausdehnung des metallischen Bauteils, welches mit der Steuerstange verbunden ist und an den Kopf des absorbierenden EIements stößt, hervorruft, sondern auch eine Verringerung der tragenden Kraft des Elektromagneten als Folge des Abfalls seiner magnetischen Eigenschaften bewirkt, wobei diese Faktoren zusammenwirken und zur Trennung der Steuerstange und des Elements beitragen.

Statt eines Elektromagneten kann auch ein ausreichend starker Dauermagnet vorgesehen werten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   L Sicherheitsvorrichtung für Kernreaktoren, welche ein neutronenabsorbierendes Element mit einem ferromagnetischen Kopf aufweist, der im Normalfall mit einer vertikal beweglichen Steuerstange mittels eines an deren unteren Ende angebrachten Magneten gekuppelt ist, wobei das Oberschreiten eines Temperatargrenzwertes die Anziehungskraft zwischen dem Magneten und dem Kopf des Elements unter den zum Halten notwendigen Wert absenkt, so daß das Element in den Reaktorkern des Kernreaktors einfällt, dadurch gekennzeichnet,

   daß am unteren Ende der Steuerstange (10) ein metallisches Bauteil (19, 23) befestigt ist, dessen thermischer Aisdehnungskoeffizient wesentlich größer ist als der des Magneten (H₅ 21,29).. und
   daß das Bauteil (19, 23) mit dem Kopf (9) des neutronenabsorbierenden Elements (8) derart in Berührung steht, daß ein Temperaturanstieg über die dadurch bewirkte Ausdehnung des metallischen Bauteils zu einer Vergrößerung des Spaltes zwischen dem Magneten (11, 21,29) und dem Kopf (9) des Elements (8) führt.
2. 2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Bauteil den Magneten (11,21) als in Axialrichtung der Steuerstange (10) ausgerichteter Zylindermantel (19) umgibt
3. 3. Sicherheitsvorrichiung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß si.,h das metallische Bauteil als Zapfen (23) durch eine in Axialrichtung der Steuerstange (10) verlaufenden Öffnung des Magneten (11,29) erstreckt