DE2827060A1

DE2827060A1 - Auffangvorrichtung

Info

Publication number: DE2827060A1
Application number: DE19782827060
Authority: DE
Inventors: Luciano Ferrari; Bernard Fourest; Gaston Kayser; Robert Martin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1977-06-23
Filing date: 1978-06-20
Publication date: 1979-01-11
Also published as: ES471036A1; JPS5410881A; JPS6159473B2; IT1109557B; FR2395567A1; GB2000357B; NL7806542A; FR2395567B1; US4280872A; IT7868468A0; BE868266A; GB2000357A

Description

COMTiISSARIAT A L¹ENERGIE ATOMIQUE, Paris, Frankreich

Auffangvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Wiedergewinnungs- bzw. Auffangvorrichtung, die einem flüssigmetallgekühlten Schnellneutronen-Kernreaktor zugeordnet ist und die zum Aufsammeln oder Auffangen von Elementen des Kernreaktors bestimmt ist, die als Folge einer starken und plötzlichen Temperaturerhöhung als Folge eines schwerwiegenden Betriebsfehlers teilweise oder vollständig abschmelzen könnten und durch Schwerkraft zum Boden des Reaktorbehälters fallen könnten, der das Flüssigmetall enthält.

Es gibt bereits verschiedene Ausbildungen von Auffangvorrichtungen oder Wiedergewinnungsvorrichtungen für den Kern, die in der angelsächsischen Terminologie üblicherweise mit „core-catcher" bezeichnet werden und die aus einer Anordnung von mechanisch verschweißten Flächen bestehen, die unter dem Auflage-Stützträger der Brennelementbündel des Kerns angeordnet sind, wobei die Auflage

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ihrerseits von einem Metallbelag getragen ist, der in Anlage gegen den Boden des Behälters ist. Diese Auffangvorrichtung des Kerns besteht schematisch aus einer Anordnung von Schalen oder dergleichen, die voneinander getrennt sind und die jeweils zum Auffangen eines Teils des schmelzenden Kerns bestimmt sind, wobei die Auffangvorrichtung so ausgebildet ist, daß das Flüssigmetall-Kühlmittel im Behälter des Reaktors durch Konvektionswirkung um die Auffangvorrichtung umgewälzt wird unter Sicherstellen deren Kühlung. Bei einer bekannten Auffangvorrichtung dieser Art (vgl. DE-OS 25 28120) sind durch den die Auflage tragenden Belag Durchtritte ausgebildet derart, daß das abgekühlte Flüssigmetall, das im Behälter am Ausgang, von Wärmetauschern gesammelt ist, in eine Bewegung durch diese Durchtritte versetzt wird, um die Auffangvorrichtung stark zu kühlen, um so eine unzulässige Temperaturerhöhung zu vermeiden durch Beseitigen der Restwärme von Teilen des schmelzenden Kerns, die auf diese Weise aufgefangen oder aufgesammelt sind, was einen ausreichenden Schutz der anderen Aufbauten des im Behälter enthaltenen Reaktors sicherstellt.

Die Erfindung betrifft eine andere Art für das Auffangen des Kerns, bei dem das umgewälzte Flüssigmetall, das die Kühlung sicherstellt, in einem geschlossenen Raum enthalten ist, wobei die Auffangvorrichtung so ausgebildet ist, daß verhindert wird, daß die aufgefangenen Bruchstücke des Kerns in Berührung mit dem Behälter kommen.

Zu diesem Zweck zeichnet sich die. erfindungsgemäße Auffangvorrichtung dadurch aus, daß eine Scheibe großer Fläche vorgesehen ist, die unter, dem Kern angeordnet ist und die mit einem mittigen Kamin durchsetzt ist und daß

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sich eine Auflageanordnung für die Scheibe in Form einer Schale im wesentlichen parallel zum Boden des Behälters erstreckt, der mit dem Belag und der Auflage einen geschlossenen Raum bildet, der die Scheibe enthält und in dem das Flüssigmetall in natürliche Umwälzung versetzt werden kann durch die Wirkung von Temperaturdifferenzen aufgrund von Brennstoff, der sich auf der Scheibe absetzt, und wegen des Vorhandenseins des Kamins, wobei die natürliche Umwälzung die ausreichende Kühlung des Brennstoffs sicherstellt.

Im Normalbetrieb ist das im so begrenzten geschlossenen Raum enthaltene Flüssigmetall praktisch stagnierend oder ruhend mit der Ausnahme von Lecks an den Fußenden der Brennelementbündel durch die Auflage, die in dem geschlossenen Raum aufgefangen werden, wobei der Durchsatz oder die Durchsatzmenge dieser Lecks im allgemeinen und in an sich bekannter Weise dazu dient, einen Ringraum zu versorgen, der zwischen dem Behälter und einem mit dem Raum verbundenen und parallelen Umlenkblech vorgesehen ist. Im Fall eines ernsthaften Unfalls, der insbesondere eine teilweise oder vollständige Fusion oder Schmelzung des Kerns hervorruft, sammelt sich dieser auf der Scheibe in dem Raum und erreicht eine erhebliche Erhöhung der Temperatur des Flüssigmetalls, das die Scheibe bespült. Aus diesem Grund entsteht eine Umwälzung des Flüssigmetalls zwischen der heißen Zone, die durch die Scheibe gebildet XSt₇ und den kälteren Zonen, die durch die den Raum begrenzenden Wände gebildet sind, insbesondere der Fläche des Belags, der an der Außenseite mit der Masse des viel kälteren Flüssigmetalls in Berührung ist, das im Behälter enthalten ist.

Aufgrund dieser Anordnungen kann die die Bruchstücke

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des schmelzenden Kerns aufsammelnde Scheibe unter dem Kern am niedrigsten Punkt des geschlossenen Raums derart angeordnet sein, daß der Scheibe die größte Fläche gegeben werden kann, die insbesondere durch die seitlichen Grenzen des Kerns berandet ist.

Vorzugsweise und gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung weist die unter dem Kern angeordnete Scheibe einen kreisförmigen Umfangsverlauf auf und besitzt leichte Konusform vom Umfang zum Zentrum, um die Umwälzung des Flüssigmetalls im geschlossenen Raum zu erleichtern. Vorteilhaft trägt der mittige Kamin zur Umwälzung des Flüssigmetalls einen von Säulchen getragenen geneigten oberen Hut oder Deckel, wobei der Hut oder Deckel einen Schutz des Behälters gegenüber den Elementen des schmelzenden Kerns sicherstellt, die in Richtung auf die Scheibe fallen.

Gemäß einem weiteren Merkmal kann die Scheibe zwei Wände besitzen, die gegebenenfalls durch ein Spiel voneinander getrennt sind. Vorteilhaft besteht die obere Wand aus aufeinanderfolgenden, miteinander verbundenen oder verkitteten Flächen, die gemäß der Fläche der Scheibe gegeneinander gegenseitige Überlappungs- oder Überdeckungszonen besitzen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung ruht die Scheibe auf der Auflagefläche über eine steife Konstruktion, die aus vertikalen radialen Rippen besteht, die die Scheibe tragen und die gegeneinander, versteift oder verstrebt sind durch Umfangs-Aussteifungen. Vorzugsweise weisen die Rippen Einkerbungen auf zur Verringerung von thermischen oder Temperaturspannungen an ihren Rändern in Berührung mit der

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Scheibe sowie Öffnungen für die Umwälzung des Plüssigmetalls zwischen den Rippen.

Gemäß einer weiteren Ausbildungsform ist die Auflagefläche, die die Scheibe trägt unter dem Belag hängend befestigt mittels Verankerungsgliedern, wobei die Fläche an ihrer zum Behälter gerichteten Seite oder Fläche Unterlagen oder Füße besitzt, die im Fall eines Brechens der Verankerungsglieder mit dem Behälter in Berührung kommen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch im Teil-Axialschnitt den Boden des Behälters eines flüssigmetallgekühlten Schnellneutronen-Kernreaktors, dem eine Auffangvorrichtung gemäß der Erfindung zugeordnet ist,

Fig. 2 zwei HaIb-Querschnitte der Auffangvorrichtung

des Kerns gemäß Fig. I₃ nämlich unten gemäß dem Schnitt A-A sowie oben gemäß dem Schnitt B-B in Fig. 1,

Fig. 3 vergrößert eine Einzelheit eines anderen Ausführungsbeispiels .

In Fig. 1 ist der Kern 1 eines Schnellneutronen-Kernreaktors dargestellt, der in an sich bekannter Weise ausgebildet ist, weshalb dessen nähere Erläuterung nicht erforderlich ist, und der eine Reihe von Brennelementbündeln 2 aufweist, wobei in der Zeichnung lediglich deren Unterenden schematisch dargestellt sind. Die Brennelementbündel 2 weisen

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insbesondere einen Fuß 2 a auf, der zum Eingriff in zylindrische Ständer 3 vorgesehen ist, die in einer horizontalen Auflage 4 getragen sind. Diese besteht aus einer oberen Anlageplatte 5 und einer unteren Tragplatte 6, die durch die Ständer 3 miteinander verstrebt sind, die die Füße 2 a der Brennelementbündel 2 aufnehmen. Zwischen den Platten 5 und 6 ist so ein Sammler 7 begrenzt, für ein Flüssigmetall, das während des Betriebs des Reaktors die Kühlung der Brennelementbündel 2 sicherstellt. Das unter, einem geeigneten Umwälzdruck in den Sammler 2 über Leitungen 8 großen Durchmessers eingeführte Flüssigmetall, die mit der Auflage 4 einerseits und mit (nicht dargestellten) Umwälzpumpen andererseits verbunden sind, dringt in in dem Ständer 3 vorgesehene seitliche Schlitze ein sowie dann in die Füße 2 a der Brennelementbündel 2 und strömt dann, von unten nach oben in diese, wobei die Flüssigmetall-Strömung durch Vollinien-Pfeile schematisch wiedergegeben ist. Die Auflage 4 ist ihrerseits von einem Metallbelag 9 getragen, der durch eine mechanisch verschweißte Blechkonstruktxon 10 gebildet ist, wobei Einzelheiten der Ausführung des Belags S₃ da sie nicht in direkter Beziehung zur Erfindung stehen, in der Zeichnung nicht weiter dargestellt sind. Der Belag 9 weist lediglich unter der Auflage 4 eine seitliche Hülse oder, einen seitlichen Mantel 11 auf, sowie an seiner Unterseite eine Basisplatte 12. Die letztere ruht ihrerseits über, einer Zylinderhülse 13 oder dergleichen gegenüber dem. Boden 14 des Kernreaktors,, der in herkömmlicher Weise die Kernanordnung enthält,, wobei das Volumen des zu deren Kühlung notwendigen Flüssigmetalls und. schließlich die Pumpen und die Wärmetauscher, die um den Kern 1 verteilt sind, sowie deren Konstruktionselemente hier nicht dargestellt sind.

Gemäß, einer, ebenfalls an sich bekannten Anordnung ist

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der Behälterboden 14 doppelt ausgebildet insbesondere an seinen Seitenwänden durch ein paralleles Umlenkblech 15, das sich längs der gesamten Fläche der Seite des Behälters erstreckt und mit dessen Wand, einen Ringbereich 16 bildet, der zur Umwälzung eines Stromes vorgesehen ist, der von dem Flüssigmetall abgeleitet ist, der aus der Auflage 4 kommt, die die Brennelementbündel 2 des Kerns 1 trägt, wobei der abgeleitete Durchsatz insbesondere den Lecks des Flüssigmetalls entspricht, die an den Füßen 2 a der Brennelementbündel 2 erzeugt werden, und die unter die Auflage 4 in Richtung der Strichlinien-Pfeile strömen. Das Flüssigmetall dieser Lecks versorgt auf diese Weise den Bereich 16 nach Durchströmen oder Durchsetzen des Mantels 13 für die Auflage des Belags 9 über Öffnungen 17.

Der Belag S₃ insbesondere dessen Seitenmantel 11 und dessen Basisplatte 12, begrenzen mit dem Mantel 13^ der Auflage 4 und dem Behälterboden 14 einen geschlossenen Bereich oder Raum 18, der gemäß der Erfindung eine einzige Scheibe 19 enthält, die zum Auffangen der Bruchstücke des schmelzenden Kerns 1 vorgesehen ist als Folge eines ernsthaften Unfalls, der eine ausreichende Temperaturerhöhung verursacht hat. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Scheibe 19 aus zwei Wänden 20, 21, die jeweils einen kreisförmigen Umfang besitzen, sowie ein leicht konisches Profil, wie das im Schnitt in Fig. 1 dargestellt ist, wobei sie sich vom Umfang zur Mitte der Scheibe 19 senken. Die Wand 20 besteht vorzugsweise aus einer Folge von Platten 22, die miteinander verkittet sind und die. von einer Platte 22 zur. folgenden eine Überdeckungszone 23 besitzen, um eine kontinuierliche oder durchgehende Fläche zu bilden. Die Wand 21 ist eben und durchgehend. Diese Wände 20, 21 sind durch ein Spiel 24 vonein-

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ander getrennt, wodurch die Wand 20 einen thermischen Schutzschirm für die Wand 21 bilden kann. Sie besitzen auch an ihren Enden einen hochgezogenen Rand 25 bzw. 26 derart, daß die Scheibe 19 in geeigneter Weise die Bruchstücke beim Schmelzen sammeln kann, die von den Brennelementbündeln 2 des Kerns 1 stammen.

Im' mittleren Teil besitzt die Scheibe 19 einen vertikalen Abzug oder Kamin 2¹J₃ der in der Achse des Behälters angeordnet ist unter der Auflage 4, wobei dieser Kamin 27 im Inneren einen vertikalen Durchtritt 28 begrenzt, durch den gegebenenfalls das Flüssigmetall, das im geschlossenen Raum

18 enthalten ist, um die Scheibe 19 zirkulieren kann. An seinem Oberende ist dieser Kamin 27 einstückig über eine Reihe von vertikalen Säulchen oder Pfosten 29 mit einem geneigten Hut oder Deckel 30 bzw. Abschluß verbunden, der oberhalt des Kamins 27 so angeordnet ist, daß die vom schmelzenden Kern 1 stammenden Bruchstücke in das Innere der Scheibe

19 umgelenkt werden und nicht direkt auf den Behälterboden l4, wobei vermieden wird, daß sich unter dem Hut oder Deckel 30 Dämpfe des kühlenden Plussigmetalls ansammeln könnten.

Die Scheibe 19 ruht über einer Konstruktion 31 gegen eine Auflageläche 32 in Schalenform, die im Raum l8 vorgesehen ist und die sich im wesentlichen parallel zum Behälterboden 14 erstreckt. Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist das seitliche Ende dieser Fläche 32 über ein Element 33 mit dem Belag 9 verbunden, insbesondere an deren Mantel 13- Vorzugsweise besteht das Element 33 aus einer Folge von benachbarten Blechen 34, die gegeneinander einen überlagerungs- oder Überdeckungsrand 35 aufweisen, wodurch eine durchgehende Konstruktion gebildet wird, die geeignet

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ist j zu verhindern, daß Bruchstücke vom Kern 1, die möglicherweise durch die Plussigmetanströmung mitgerissen sind, sich auf dem Boden des Behälters 14 ansammeln können. Dieses Flüssigmetall im Raum 14 bleibt im Normalbetrieb des Reaktors praktisch ruhend oder stagnierend, mit Ausnahme derjenigen geringen Durchflußmenge, die von den Lecks an den Füßen 2 a der Brennelementbündel 2 abgeleitet sind, die den Ringraum l8 versorgen, in^dem sie unter der Auflagefläche 32 im Bereich 36 strömen, der mit dem Behälterboden 14 begrenzt ist, ausgehend von einer vertikalen Leitung 37, die in der Achse des Kamins 27 vorgesehen ist und die gegenüber der Fläche mittels seitlicher Flügel 38 unbeweglich verbunden ist.

Die Auflagefläche 32 weist an ihrer zum Behälterboden gerichteten Wand Füße oder Abstützungen 39 auf, durch die diese Fläche 32 gegenüber dem Boden 14 ruhen kann im Fall eines zufälligen oder unfallsbedingten Bruches von Aufhängearmen 4o, die zwischen dem Belag 9 und einem Blech 4l verschweißt sind, das gegen die Fläche 32 angebracht ist, wobei die Fläche 32 im Normalbetrieb direkt durch den Belag getragen ist.

Gemäß einer Weiterbildung, wie in Fig. 3 dargestellt, kann die Auflagefläche oder die Schale 32 verlängert sein, bis zum Mantel 13, wobei sie nur durch eine ringförmige Verstärkung 33 a unterfangen ist, die am Unterteil dieses Mantels I3 angeschweißt ist. Bei diesem Ausfuhrungsbexspiel kann auf die Elemente 33 und 40 verzichtet sein.

Die Konstruktion 31, die die Scheibe. 19 trägt, besteht

vorzugsweise aus einer Anordnung, von radialen und vertika-

■ 44 -■ -len Platten oder Rippen- 43,die Kerben aufweisen, durch die

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diese Rippen 43 entlastet, oder erleichtert werden können und durch die im Betrieb die thermischen Spannungen in diesen begrenzt werden können, sowie Öffnungen 45, die die Umwälzung des Flüssigmetall zwischen den durch die radialen Rippen 93 begrenzten Sektoren ermöglichen. Im übrigen sind die Rippen vorteilhaft gegeneinander verstrebt oder versteift mittels einer rohrförmigen und in Umfangsrichtung angeordneten Versteifung 46, deren Profil sich deutlicher aus dem Schnitt B-B der Fig. 1 ergibt, der im Oberteil der Fig. 2 dargestellt ist. Gegebenenfalls tragen die Scheibe 19 und die Anlage- bzw. Auflagefläche 32 Hülsen 47 bzw. 48, durch die eine sogenannte Neutronenführung 49 an sich bekannten Aufbaus diese Elemente 19, 32 durchsetzen kann, damit sie sich bis nahe dem Behälterboden 14 erstrekken kann, um auf eine (nicht dargestellte) Ionisationskammer einzuwirken, die an der entgegengesetzten Seite vorgesehen ist.

Die so ausgebildete Auffangvorrichtung, ermöglicht es, aufgrund der Lage der Scheibe 19 im Inneren und am Unterteil des verschlossenen Raums 18 nicht nur, daß sie sich vollständig unter dem Kern 1 erstreckt, sondern auch, daß sie die größtmögliche Fläche besitzt, wobei sie insbesondere die Grenzen des Kerns berandet derart, daß die gesamten in der Scheibe 19 gesammelten Bruchstücke sich in sicherer Weise auf dieser ausbreiten oder auseinanderfließen können über eine sehr geringe Dicke, wodurch, eine komplizierte Ausbildung, einer Auffangvorrichtung des Kerns der herkömmlichen Bauart vermieden wird mit vielen benachbarten, jedoch voneinander getrennten Bechern oder dergleichen. Als Beispiel beträgt, bei der. erfindungsgemäßen Ausführung mit einer Scheibe die Dicke des geschmolzenen Brennstoffs

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entsprechend dem gesamten Kern eines Reaktors mit 1200 MWe nur etwa 7 cm, wodurch eine wirksame Abkühlung ermöglicht ist und wodurch jede Kritizitätsgefahr unterdrückt ist. Im Betrieb ist die Kühlung des in der Scheibe 19 enthaltenen geschmolzenen Brennstoffs sichergestellt durch die im Raum 18 enthaltenen Flüssigmetall-Masse, die durch Konvektion umgewälzt wird zwischen der heißen Zone, die durch die Scheibe 19 selbst gebildet ist, und der kalten Zone, die durch die Bereiche des Belags 9 und der Auflage 4 gebildet ist j die mit dem kalten Flüssigmetall in Berührung sind, das im außerhalb liegenden Bereich 50 enthalten ist. Die Lage der Scheibe 19, die am niedrigsten Teil des geschlossenen Raums 18 vorgesehen ist, ermöglicht es so auf beste Weise, von der Wärmetauschfläche zu profitieren, die durch die Wände gebildet ist, die das Flüssigmetall-Volumen trennen, das durch die Scheibe 19 geheizt ist, von demjenigen, das kälter ist und das im Reaktorbehälter 14 selbst enthalten ist, wobei die leicht konische Form des Bodens der Scheibe 19 darüber hinaus eine erhebliche Verbesserung der Bedingungen dieser Umwälzung ermöglicht.

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Claims

fly Auffangvorrichtung für den Kern eines flüssigmetallgekühlten Schnellneutronen-Kernreaktors j mit einem Auflage-Stützträger des Kerns, der durch eine gegenüber dem Boden eines Behälters ruhenden Belag getragen ist, wobei der Behälter den Kern und das Kühl-Flüssigmetall enthält,

dadurch

ekennzeichnet

daß eine Scheibe (19) großer Fläche unter dem Kern (1) vorgesehen und mit einem mittigen Kamin (27) versehen ist, und

daß sich eine Auflagekon ^PU (^ für die Scheibe (19) in Form einer Schale im wesentlichen parallel zum Behälterboden (l4) erstreckt, wobei diese Auflagekonstruktion (32) mit dem Belag (9) und der Auflage (4) einen geschlossenen Raum (18) begrenzt, der die Scheibe (19) enthält und in dem das Flüssigmetall in natürliche Umwälzung versetzbar ist unter Wirkung der Temperaturdifferenzen aufgrund von sich auf der Scheibe (19) absetzenden Brennstoff und wegen des Vorhandenseins des Kamins (27)₃ wobei die natürliche Umwälzung die ausreichende Kühlung des Brennstoffs sicherstellt.
2. Auffangvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unter dem Kern (1) angeordnete Scheibe (19)

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einen kreisförmigen Umfangsumriß besitzt sowie eine leicht konische Form aufweist vom Umfang zur Mitte.
3- Auffangvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittige Kamin (27) einen von Säulchen (29) getragenen geneigten oberen Deckel (30) besitzt.
4. Auffangvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (19) zwei Wände (20, 21) besitzt, die gegebenenfalls durch ein Spiel (24) voneinander getrennt sind.
5. Auffangvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Wand (20) aus aufeinanderfolgenden, miteinander verkitteten Blechen (22) gebildet ist, die von einem zum anderen gemäß der Fläche der Platte (19) eine Zone gegenseitiger Überdeckung (23) besitzen.
6. Auffangvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (19) auf der Auflagefläche (32) über eine steife Konstruktion ruht, die aus vertikalen radialen Rippen (23) gebildet ist, die die Scheibe (19) trägt und die gegeneinander durch Umfangs-Verstrebungen" (46) miteinander verstrebt oder versteift sind.
7. Auffangvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (43) Kerben (44) besitzen zur Ver-

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ringerung der thermischen Spannungen an ihren Rändern in Berührung mit der Scheibe (19) sowie Öffnungen (45) zur Umwälzung des Flüssigmetalls zwischen den Rippen (43).
8. Auffangvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage- bzw. Auflagefläche (32),die die Platte (19) trägt, mit dem Belag (9) durch Verankerungsglieder verbunden ist.
9. Auffangvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (32) an ihrer zum Behälter gerichteten Fläche Füße (39) besitzt, um in Berührung mit den Behälter zu kommen im Fall des Brechens der Verankerungsglieder (40, 41).

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