DE2838548A1

DE2838548A1 - Kugel-hochtemperatur-kernreaktor

Info

Publication number: DE2838548A1
Application number: DE19782838548
Authority: DE
Inventors: Roger Martin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1977-09-06
Filing date: 1978-09-04
Publication date: 1979-03-15
Also published as: FR2402282A1

Description

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Kugel-Hochtemperatur-Kernreaktor

Die Erfindung betrifft einen Kugel-Hochtemperatur-'Kernreaktor.

Ein Kugelreaktor besteht im wesentlichen aus einem Graphitbehälter einer Dicke in der Größenordnung von einem Meter, der den Neutronenreflektor bildet, der mit runden Kugeln aus Graphit gefüllt ist, die den Kernbrennstoff enthalten. Die allgemeine Form des Behälters ist zylindrisch oder prismatisch und dessen konusförmiger oder pyramidenförmiger Boden ist an der Basis mit einer Mittelöffnung versehen, um die Entladung oder Abfuhr derKugeln mittels Schwerkraft zu ermöglichen. Für Reaktoren sehr großer Leistung ist der Boden durch eine Aneinanderlagerung mehrerer Konusse oder Pyramiden gebildet. Die Abfuhr des verwendeten oder verbrauchten Kernbrennstoffs erfolgt nun über eine größere Anzahl von Öffnungen. Die Erfindung betrifft natürlich auch solche untere Reflektoren, die durch mehrere nebenefander angeordnete Konusse oder Pyramiden gebildet sind.

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Die Erfindung betrifft insbesondere eine besondere Anordnung des Unterteils des Graphitreflektors eines derartigen Reaktors.

Bei bisher vorgesehenen Lösungen für diese Art eines Reaktors befindet sich der untere Teil des Reflektors, der aus prismatischen Blöcken gebildet ist, in denen Kanäle für die Umwälzung des Kühlgases eingelassen sind, direkt unterhalb der Masse der Brennstoff-Kugeln und ist folglich einem starken Neutronenfluß ausgesetzt. Daraus ergeben sich in den dem Kern am nächsten liegenden Schichten Beschädigungen, die am Ende mehrerer Jahre unzulässig werden,als Folge, einer Kristallgitterwandlung des Graphits aufgrund des Wigner-Effekts.-Folglich muß nach einer bestimmten Bestrahlungszeit dieser Blöcke, die im Schnitt bei etwa fünf Jahren liegt, deren Ersetzung vorgesehen sein, was ein relativ komplizierter und kostspieliger Vorgang ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Aufbau des unteren Reflektors für einen Kugel-Hochtemperatur-Kernreaktor vorzusehen, durch den der zerstörbare Teil des Reflektors bequem erneuerbar ist,und zwar ohne Erschwerung bei der praktischen Realisierung des Kerns des Reaktors.

Die Aufgabe wird bei einer Reflektnranordnung für Kugelreaktoren, die einen zylindrischen oder prismatischen von Beton umgebenen Graphitbehälter besitzen, der an seinem Unterteil durch einen konusförmigen oder pyramidenförmigen Boden abgeschlossen ist, der mit einer Mittelöffnung versehen ist, der die Entladung der Brennstoff-Kugeln durch Schwerkraft ermöglicht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Polster aus mehreren Kugelschichten aus Schutzgraphit auf dem Boden vorgesehen ist und daß in der Achse der Mittelöffnung

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durch den Reflektor und den Beton vertikal beweglich befestigt ein Graphitblock vorgesehen ist, der längs seiner Achse aufgebohrt ist, um die Entladung der Brennstoff-Kugeln und der schützenden Kugeln zu ermöglichen, wobei der Graphitblock die Höhe oder den Pegel der Mittelöffnung um eine Höhe überschreitet, die der Dicke des Polsters während der Betriebsperioden des Reaktors entspricht.

Gemäß der Erfindung ist das Schutzpolster durch Kugeln mit Abmessungen gebildet, die ähnlichdenen der Brennstoff-Kugeln, vorzugsweise gleich denen der Brennstoff-Kugeln sind. Sie sind im ürbigen in mindestens einer Schicht angeordnet, wobei die Gesamtdicke des Polsters durch Berechnung festgelegt ist, um einen wirksamen Neutronenschutz der am Unterteil des Reaktors darunterliegenden Graphit-Reflektorblöcke zu erhalten. Das Schutzpolster bleibt während des Erzeugnisbetriebes des Brennstoffes in Lage, kann jedoch selbstverständlich in einfacher Weise erneuert werden nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsjahren des Reaktors, und zwar in folgender Weise: Nach Entladung der eigentlichen Brennstoff-Kugeln durch die Mittelöffnung, die durch den unteren Graphitblock gebohrt ist,wird der Graphitblock seinerseits mit Hilfe irgendeiner mechanischen Einrichtung abgesenkt, beispielsweise mit einem System aus Zahnstange und Zahnritzel oder mit einem Schraubentrieb, wodurch nun die Abfuhr der Reingraphit-Kugeln möglich ist, die das Schutzpolster bilden.

Gemäß der Erfindung sind die Reingraphit-Kugeln des Schutzpolsters in Schichten auf der konusförmig oder pyramidenförmig geneigten Fläche des Bodens des Behälters angeordnet, wobei die Anzahl der Schichten drei oder vier betragen kann.

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Um das Polster der schützenden Kugeln in Lage zu halten, trägt gemäß der Erfindung der Scheitel des Konus oder der Pyramide einen längs dessen Achse gebohrten Graphitblock, um die Abfuhr der Brennstoff-Kugeln zu ermöglichen, der den Pegel der benachbarten Blöcke um eine Höhe überschreitet, der der Dicke des Polsters entspricht. Die Neigung des Konus (Scheitelwinkel) muß selbstverständlich derart bestimmt sein, daß die Abfuhr der Brennstoff-Kugeln durch Schwerkraft möglich ist, ohne die Reflektor-Kugeln zu fördern oder in Bewegung zu versetzen (Stabilitätswinkel einer Schräge oder eines Gefälles) Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt der Wert des Scheitelwinkels des Behälterbodens etwa 120°. Der bewegbare Graphitblock ist an seinem Scheitel mit einem Konus oder einer Pyramide aufgebohrt, dessen Neigung gleich oder größer derjenigen des festen Bodens ist.

Wenn das Polster der Graphitreflektor-Kugeln erneuert werden soll, wird der mittige Block abgesenkt, wie bereits erläutert, um ein Ausmaß, dae der Anzahl der zu erneuernden Schichten entspricht. Auf diese Weise kann gegebenenfalls die untere Schicht weniger häufig erneuert werden, die der Neutronenbestrahlung weniger stark unterworfen ist, wie die mindestens eine darüberliegende Schicht, wodurch ein wirtschaftlicherer Verbrauch an Graphit erreichbar ist.

Der mittlere bewegbare Block kann seinerseits ersetzt werden, wenn sein oberes Ende als ausreichend durch die Strahlung zerstört beurteilt worden ist. Zu diesem Zweck kann dessen Ausbau in beliebiger Weise entweder nach oben oder nach unten erfolgen.

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Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, deren einzige Figur einen sehematischen Schnitt längs der Reaktorachse zeigt.

Die Figur zeigt schematisch einen Schnitt

längs der Achse eines Kugel-Hochtemperaturr Reaktors und enthält einen aus Beton bestehenden biologischen Schutzbehälter I₉ einen eigentlichen Graphitbehälter 2, der einen seitlichen zylindrischen Teil 2a und einen unteren Teil 2b besitzt. Beim erläuterten Ausführungsbeispiel besteht der Behälter 2 aus einer bestimmten Anzahl nebeneinander angeordneten prismatischen Blöcke. Weiter ist eine Abführleitung 3 für heiße Gase dargestellt, die durch die Kugeln des Kerns und durch in den Graphitblöcken des Unterteils 2b des Reaktorbehälters gebohrten Kanälen umgewälzt- wird. Ein durchbrochener Träger 15 aus feuerfestem Werkstoff trägt die Kernanordnung.

Der obere aktive Teil 4 des Kerns umschließt eine bestimmte Anzahl von Graphit-Kugeln 5_S die den Kernbrennstoff enthalten, der für die Kettenreaktion und für die Wärmeentwicklung bzw. -freisetzung verantwortlich ist.

Gemäß der Erfindung ist ein Schutzpolster 6, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier übereinander angeordneten Schichten aus Reingraphit-Kugeln 7 besteht, in Anlage auf der unteren konusförmigen Fläche 8 des Reaktorbehälters. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen diese Reingraphit-Kugeln 7 die gleiche Abmessung wie die Brennstoff-Kugeln 5, wobei deren Durchmesser in der Größenordnung von beispielsweise 6 cm liegt. Der Scheitelwinkel or der konusförmigen Fläche 8 des Bodens des Behälters beträgt 120°.

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In Verbindung mit dem Vorhandensein des Schutzpolsters am Unterteil des Behälters 2 befindet sich gemäß der Erfindung ein Graphitblock 9 angeordnet, der eine Zentralöffnung 10 besitzt, der diesen durchgehend durchsetzt. Der Graphitblock 9 ist seinerseits in die Anordnung der prismatischen Blöcke des Unterteils 2b des Behälters eingeschlossen und ragt über dessen Zentralöffnung 11 um eine Höhe h hinaus, die genau gleich der Höhe des Polsters 6 der schützenden Kugeln 7 ist. Aus diesem Grund reicht im Normalbetrieb des Reaktors, wenn der Graphitblock 9 in der in der Figur dargestellten Stellung ist, dessen Höhe h über der Öffnung 11 aus, um die Neigung oder die Schräge der Kugel 7 in Lage zu halten, ohne daß ein Abrollen oder Ausströmen von diesen auftritt, wobei der Winkel ^v so berechnet ist, daß dies auftritt,und daß die verschiedenen Kugeln 7 keine Neigung zeigen^ über die Schräge der so gebildeten Böschung herunterzurollen.

Der Kanal oder die Öffnung 10,dieⁱⁿder Achse des Graphitblocks 9 gebohrt ist, mündet auf einer durch ein Elektroventil 13 verschlossenen Leitung 12,durch die der Durchtritt oder das Halten der Kugeln 5 oder 7 möglich ist, die in die Mittelöffnung 10 eintreten können. Gemäß der Erfindung ermöglicht ein System 14 aus Zahnstange und Zahnritzel eine Verschiebung nach oben oder nach unten und in bestimmten Fällen sogar eine Wechselbewegung geringer Amplitude des Graphitblocks 9 längs seiner Achse. Diese Wechselbewegung geringer Amplitude ist derart, daß das Ausfließen der Kugeln, und zwar sowohl der Brennstoff-Kugeln als auch der Reflektor-Kugeln 7 erleichtert wird.

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Wenn nach einer bestimmten Anzahl von Betrxebsjahren aufgrund des Wigner-Effekts das Polster 6 der Schutz-Kugeln vollständig oder teilweise zerstört ist, wird dessen Ersetzen oder dessen Austausch auf folgende Weise durchgeführt: Es wird zunächst mit der Abfuhr der Brennstoff-Kugeln 5 aus dem Teil 4 des Reaktorkerns begonnen dadurch, daß sie durch Schwerkraft durch den Kanal oder die öffnung 10 und die Leitung 12 austreten, nachdem das Elektroventil geöffnet worden ist. Wenn auf diese Weise alle Brennstoff enthaltenden Kugeln 5 aus dem Reaktor entfernt worden sind, wird allmählich der Graphitblock 9 mit Hilfe des Systems 14 aus Zahnstange und Zahnritzel nach unten abgesenkt, um mittels Schwerkraft aufeinanderfolgend jede der vier Schichten des Polsters 6 zu entfernen. Es kann im ünbigen auch wie erläutert eine Beschränkung auf die Entfernung der höheren Schichten erfolgen, die in direkter Berührung mit der Neutronenstrahlung sind. Wenn alle Kugeln 5, 7 des Reaktors auf diese Weise entfernt worden sind, kann der Graphitblock 9 mittels des Systems 14 wieder angehoben werden, damit er um eine Höhe h über die Mittelöffnung 11 hinausragt und kann das Polster 6 neugebildet werden durch Beladen des Behälters an dessen Unterteil 2b mit der Anzahl der Schichten aus den Reingraphit-Kugeln für den gewünschten Schutz. Wenn dies erreicht wird, erfolgt das Laden der Brennstoff-Kugeln 5 ohne Schwierigkeit in üblicher Weise.

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LeerseJte

Claims

Ansprüche

Erneuerbare untere Reflektoranordnung für Kugel-Hoehtemperatur-Kernreaktor, der einen zylindrischen oder prismatischen von Beton umgebenden Graphit-Behälter enthält, der an seinem Unterteil durch einen konusförmigen oder pyramidenförmigen Boden abgeschlossen ist, der mit einer Zentralöffnung versehen ist, durch die die Entladung der Brennstoff-Kugeln mittels Schwerkraft möglich ist,

gekennzeichnet

durch

ein Polster (6) aus mehreren Schichten von schützenden Graphit-Kugeln (7) auf dem Boden (8) und

einen in der Achse der Zentralöffnung (11) durch den Reflektor und den Beton (1) vertikal beweglich befestigten Graphitblock (9),der längs seiner Achse aufgebohrt ist, um die Entladung der Brennstoff-Kugeln (5) und der Schutz-Kugeln (7) zu ermöglichen, wobei der Graphitblock (9) den Pegel der Zentralöffnung (11) um eine Höhe(h)überschreitet, die der Dicke des Polsters (6) während der Betriebsperiode des Reaktors entspricht.
2. Reflektoranordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (7) des schützenden Polsters (6) die gleiche Abmessung besitzen, wie die den Kernbrennstoff bzw. den Spaltwerkstoff enthaltenden Kugeln (5), und in einer Anzahl von Schichten geordnet oder gereiht sind, die vorzugsweise drei oder vier beträgt.

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3. Reflektoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, ia<i *r-:h
gekennzeichnet, daß der Scheitelwinkel ' ^Λ ) des"^ :r.-Atz-Polster (6) tragenden 3odens (^;3) des Behälters ir ier Größenordnung von 120° liegt.
4. Reflektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bi-s S dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitblock (?■ v-^rtiki beweglich ist mittels eines Systems (1-ij aus Zahnstange und Zahnritzel.

^. Reflektjoranordnung naoh einem der Ansprüche i ois 5, dadurch gekennze Lohnet, da.i ler- Jraphitbiock C) "■ '/ertikc beweglich ist mittels eines Schraubentriebs (System aus Schraube und Mutter).

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