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Absorberstab für Kuge-lhaufen-
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reaktor Die Erfindung bezieht sich auf einen Absorberstab für Kugelhaufenreaktoren.
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In Kugelhaufenreaktoren werden zur Regelung und Reaktorabschaltung
Absorberstäbe (Hubstäbe, Drehstäbe) vorgesehen, die von oben her durch Kraftanwendung
in die Kugelschüttung eingefahren werden.
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Diese Stäbe sind daher hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt,
die trotz verschiedener Maßnahmen, wie z. B. unterschiedlicher Formgebung der mit
der Kugelschüttung in Wechselwirkung tretenden Stabspitze, noch immer beachtlich
sind.
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Bei diesen vornehmlich auf die Absorberstabspitze konzentrierten Bemühungen
wurde bislang übersehen, daß auch erhebliche Schwierigkeiten in den oberen Teilen
des Stabes auftreten können: Während der in
den Kugelhaufen eingefahrene-Teil
'des Stabes durch den hier in den Kugelz-wischenräumen mit beachtlicher Geschwindigkeit
strömenden Kühlmittelstrom genügend gekühlt wird, ist die Kühlwirkung an dem aus
dem Kugelhaufen herausragenden Teil des Stabes vergleichsweise gering'- und de'r)
--Stab unterliegt in -diesem Bereichfohne ausreichende-Kühlung - insbesondere-bei
Reaktoren.mit OTTO-Beschickung - einer Wärmeeinwirkung durch die Umgebung und insbesondere
durch Strahlungs- und Neutronenabsorption.
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Ausgehend von der Erkenntnis dieser negativen Einflüsse auf den Stab
im Bereich über der Kugelschüttung wurde nun eine neue Absorberstabkonstruktion
entwickelt, die für eine angemessene Kühlung auch der aus dem Bereich der Kugelschüttung
herausragenden Teile des Absoberstabes sorgt, so daß dessen mechanische Festigkeit
gewahrt wird. Ferner sollen auch Versprödungen des Stabmaterials durch Strahlungseinwirkungen
reduziert werden.
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Im einzelnen ist der erfindungsgemäße Absorberstab für Kugelhaufenreaktoren
gekennzeichnet durch ein unten offenes kühlmittel-durchströmtes Hüllrohr, das zumindest
den zwischen Reflektor und Kugelhaufen befindlichen Teil des Stabes umgibt und unmittelbar
oberhalb des Kugelhaufens endet.
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In seiner einfachsten Ausgestaltung könnte dieses Hüllröhr durch'
einen efltspreöhenden Rohrsstutzen gebildet werden, der vom Reflektor in den Raum
über der Kugelschüttung hineinragt und unmittelbar über der Kugelschüttung endet.
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Vorzugsweise ist dieses für eine ausreichende Kühlmittelgeschwindigkeit
an der Absorberstaboberfläche sorgende Hüllrohr jedoch einziehbar und wird insbesondere
vom Absorberstab iM Hohlraum unterhalb des Reflektors vcrfaX ren.
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Für die Lagerung bzw. Halterung des Hüllrohres kann das Panzerrohr
der Druckbehälterdecke herangezogen werden. Um zu vermeiden, daß das Hüllrohr sehr
weit nach oben in das Panzerrohr eingefahren werden muß, sollte das Rohr zweckmäßigerweise
in einen oberen, als Führungsrohr bezeichneten Teil und einen unteren, weiter als
Hüllrohr bezeichneten Teil, unterteilt sein, die teleskopartig ineinandergreifen.
Ferner kann diese Aufteilung dazu benutzt werden, unterschiedliche vom Absorberstab
durchfahrene Gasräume ( wie z.B.
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Inspektionsraum, Kaltgassammelraum odgl.) unterhalb der Druckbehälterdecke
gegeneinander abzudichten.
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Eine Optimierung der Teilung des Rohres in ein unteres Hüllrohr und
ein oberes Führungsrohr sollte im Hinblick darauf vorgenommen werden, daß das Hüllrohr
so lang sein sollte, daß die für seine
Halterung erforderllochen
Absorberstab-Nuten (siehe weiter unten)- beim Verfahren des Stabes nicht in den
Kugelhaufen gelangen und daß das Hüllrohr andererseits so kurz sein sollte, daß
es möglichst nicht in das Panerrohr eingefahren werden muß-. Dabei könnte zweckmäßiger
noch mitberücksichtigt werden, daß das obere Führungsrohr eine Abdichtungsfunktion
in vorstehend genannten Sinne übernehmen könnte.
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Besonders zweckmäßig ist die Verwendung von neutronenabsorbierendem
Material, wie z. B.
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Borstahl, für das Hüllrohr, das dann den mechanisch belasteten- inneren
Absorberstab vor einem hohen Neutronenzutritt schützt. Das ggfs.
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(im Vergleich zum Absorberstab selbst) thermisch weniger träge und
damit über den Gesamtquerschnitt hinweg etwa einheitlich auf Kühlmitteltemperatur
befindliche Hüllrohr unterliegt im Vergleich zum Absorberstab vernachlässigbaren
mechanischen Kräften, da es nicht in die Kugelschüttung eingefahren wird, sondern
oberhalb derselben endet und es ist somit eher in der Lage, trotz intensiver Neutronenbestrahlung
ausreichende Standzeiten zur erbringen. Der innere Stab wird dagegen durch die intensivierte
Kühlmittel strömung im umgebenden Ringspalt gekühlt und zusätzlich vor erheblichen
Materialänderungen durch Neutronenstrahlung geschützt.
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Ein oberhalb der Kugelschüttung fest installiertes Hüllrohr aus neutronenabsorbierendem
Material wäre bei mit voller Leistung arbeitendem Reaktor für die Neutronenbilanz
von Nachteil und unter diesen Bedingungen (bei zurückgezogenem Absorberstab) ohne
besonderen Nutzen, weshalb das Hüllrohr vorzugsweise (wie bereits angedeutet) derart
gestaltet ist, daß es von zurückfahrendfen Absorberstab mitgenommen wird.
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Da innerhalb des Reaktorbehälters ein Minimum an Zugriff von außen
und an mechanisch bewegten Teilen angestrebt wird, wurde insbesondere ein teleskopartig
einziehbares Hüllrohr entwickelt, dessen erfindung-sgemäß gewünschte Lageänderungen
ohne Fremdantrieb und besonders einfach erreicht werden: Zu diesem Zweck wird ein
im Führungsrohr verschiebbares Hüllrohr vorgesehen, das am Ende des Führungsrohres
zum Anschlag kommt und andererseits in Längsnuten des Absorberstabes eingreift die
in einem der Hüllrohrlänge entsprechenden Abstand von der Stabspitze enden, so daß
der aus dem Reaktorkern zurückfahrende Absorberstab das Hüllrohr automatisch mitnehmen
muß, und zwar vorzugsweise, sobald er sich völlig im Hüllrohr befindet.
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Hüllrohre aus neutronenabsorbierendem Material können auch zur Reaktorsicherheit
beitragen und dann ausklinkbar gestaltet werden, indem z. B.
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ein von außen aus lösbarer Mechanismus zum Entriegeln des oben erwähnten
-Halteorgans oder Zapfens aus der Absorberstab-Längsnut vorgesehen wird. Zweckmäßigerweise
sollte das entriegelte Hüllrohr nachfolgend automatisch wieder in die Absorberstabnuten
einrasten können, was beim Drehstab ohne Schwierigkeit zu erreichen ist, während
beim Hubstab Ausrichtungsdifferenzen ein störungsfreies Wiedereinrasten verhindern
können, wenn nicht durch Führungsmittel für das Hüllrohr, die vorzugsweise im oberen
Führungsrohr vorgesehen werden, dafür gesorgt wird, daß eine gewählte Ausrichtung
des Hüllrohres relativ zum Stab eingehalten werden kann, auch wenn Stab und Hüllrohr
voneinander gelöst werden.
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Die Kühlmittelströmung im Ringspalt zwischen dem inneren Absorberstab
und seinem umgebenden Hüllrohr kann durch zusätzliche Umwälzmittel und mit wählbarer
Zutrittstelle herbeigeführt werden. Vorzugsweise werden jedoch die im Reaktor vorhandenen
Kühlmittelströmungen ausgenutzt, die von zumindest einem der Gassammelräume (z.
B.
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Kaltgassammelraum, Inspektionsraum) oberhalb des Deckenreflektors
herkommen und durch die Kugelschüttung geleitet werden können.
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Zu diesem Zweck sind im Führungs- und/oder Hüllrohr Kühlmitteldurchtrittsöffnungen
vorzusehen und in Lage, Gestalt, Anzahl und Größe der gewünschten Kühlmittelströmung
im Ringspalt anzupassen. Als geeignet erscheinen z. B. Längsschlitze oder versetzt
übereinander angeordnete Lochkränze, die einen ausreichenden Kühlmittelzutritt bei
geringer mechanischer Schwächung des Rohres zulassen und mit geringen Druckverlusten
beim Einströmen verbunden sind.
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Die Lage und unter Umständen auch die Gestalt der Öffnungen richtet
sich insbesondere danach, aus welchem oder welchen der Gassammelräume der Kühlgasstrom
für den Ring spalt abgezweigt werden soll. Man kann z. B. lediglich Öffnungen im
oberen Führungsrohr vorsehen, die nur zu einem Kaltgasraum im Bereich unterhalb
der Druckbehälterdecke hin offen sind oder auch bis in den Kaltgassammelraum für
das Primärkühlmittel reichen. Zweckmäßig wäre ebenso eine zusätzliche oder alleinige
Lochung des unteren Hüllrohres, die eine Verbindung des Ringspalts zum Primärkühlmittel-Sammelraum
und/oder zu einem darüber befindlichen Kühlmittelreservoir schafft, wobei jeweils
durch entsprechende Formgebung oder Lochverteilung für eine angemessene Mischströmung
mit Herkunft aus unterschiedlichen Räumen gesorgt werden könnte.
Grundsätzlich
erscheint es besonders zweckmäßig, wenn der mit Öffnungen versehene Abschnittt des
Hüllrohres bei voll abgesenktem Hüllrohr unmittelbar über dem Reflektor endet, so
daß eine Verbindung des Ringspaltes zwischen Stab und Hüllrohr mit dem in der Reflektorbohrung
gebildeten Ringspalt am Umfang des Hüllrohres vermieden und damit eine verstärkte
Strömung am äußeren Umfang des Hüllrohres auf Kosten der Strömung im inneren Ringspalt
verhindert werden kann. Zu diesem Zweck erscheint es auch günstig, wenn der außerhalb
des Hüllrohres in der Reflektorbohrung gebildete Strömungsweg möglichst so gestaltet
wird, daß eine Strömungsbehinderung in diesem Bereich durch entsprechende Konturierung
der Oberflächen oder Aufrauhungen erreicht wird. Ggfs. kann auch durch Abdeckmanschetten
dafür gesorgt werden, daß der Zutritt von Kühlmittel in den Bereich zwischen der
Reflektorbohrung und der Außenseite des Hüllrohres behindert wird.
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Wenn die Kühlmittelströmung im Ringspalt zwischen Stab und Hüllrohr
vornehmlich aus dem Primärkühlmittel-Sammelraum herkommt und somit in den Primärkühlkreis
einbezogen ist, sollte durch entsprechende Dimensionierung der Kühlmitteldurchtrittsbohrungen
im Reflektor dafür gesorgt werden, daß eine die gewünschte Kühlmittelströmung
im
Ringspalt zulassende Aufteilung des Gesamtstromes auf diese Ringspalte und die zusätzlichen
Bohrungen vorliegt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
besser verständlich werden, bei der auf die angefügten Zeichnungen Bezug genommen
wird; Es zeigen schematisch: Fig. 1 einen mit Hüllrohr versehenen Absorberstab in
drei unterschiedlichen Be -triebspositionen (a, b, c); Fig. 2 einen Längsschnitt
durch einen in die Kugelschüttung eingefahrenen Absorberstab gemäß der Erfindung
und Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2 Gemäß Fig. 1 ist ein in eine
Kugelschüttung 1 einfahrbarer Absorberstab 2 mit einem Hüllrohr 3 versehen, das
voll abgesenkt im Hohlraum 4 unmittelbar über der Kugelschüttung endet. Das Hüllrohr
3 durchsetzt den Deckenreflektor 5 und ist im Bereich oberhalb des Reflektors 5
mit Gasdurchtrittsöffnungen versehen, die bei den in Fig. 1 a bis lc gezeigten Positionen
des Stabes zum Kaltgassammelraum 6 unterhalb des thermischen Schildes 7 hin offen
sind und bei voll abgesenktem Hüllrohr 3 unmittelbar über dem Reflektor 5 enden.
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Diese ggfs. durch weitere Öffnungen im Führungsrohr ergänzten Gasdurchtrittsöffnungen
8 sind in Anzahl, Gestalt und Größe so bemessen, daß eine optimale Kühlmittelströmung
im Ringspalt zwischen dem Absorberstab 2 und dem Hüllrohr 3 erreicht wird, ohne
daß eine zu starke mechanische Schwächung des Rohres im oberen Bereich auftritt.
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Das Hüllrohr 3 wird von dem den Inspektionsraum 9 durchquerenden Führungsrohr
1o gehalten, das selbst im Panzerrohr 11 innerhalb der Spannbetonbehälterdecke 12
des Reaktors gelagert ist.
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Die in Fig. 1 gezeigten unterschiedlichen Positionen a) bis c) machen
die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Absorberstabes deutlich: Bei voll herausgefahrenem
(zurückgezogenem) Absorberstab verschwindet dieser zusammen mit dem Hüllrohr im
Reflektor 5 (Position a). Zur Leistungsminderung des Reaktors wird der Absorberstab
aus dem Reflektorbereich herausgefahren und dabei vom Hüllrohr begleitet, dessen
oberes Ende im Kaltgassammelraum mit Kühlmittel beaufschlagt wird, wodurch der Ringspalt
zwischen Stab und Hüllrohr von der vorgesehenen Kühlmittelströmung durchsetzt wird.
Der Stab und das Hüllrohr werden so ausreichend gekühlt und der Stab selbst in diesem
Bereich vor allzu großer Neutroneneinstrahlung geschützt, wenn das Hüllrohr aus
neutronenabsorbierendem Material besteht.
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Der in die Kugelschüttung vordringende Absorberstab läßt, wie in Fig.
1c) zu sehen ist, das (im Führungsrohr zum Anschlag kommende) Hüllrohr hinter sich,
das so keinen übermäßigen mechanischen Belastungen ausgesetzt wird, während der
in die Kugelschüttung vordringende Stab hier infolge der im Core ungleich höheren
Kühlmittelströmungsgeschwindigkeiten auch ohne Hülle ausreichend gekühlt wird.
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Fig. 2 zeigt die Ausbildung von Stab und Hüllrohr mehr im einzelnen:
Das Hüllrohr greift in das Führungsrohr ein, das am unteren Ende einen Anschlag
1o' für das Hüllrohr hat. Das Führungsrohr 1o selbst ist im Panzerrohr 11 montiert.
Der Absorberstab 2 besitzt Längsnuten 13 mit unterem Anschlag 13', in die Halteorgane,
insbesondere Zapfen 14, des Hüllrohres eingreifen. Diese Halteorgane oder Zapfen
können im Falle eines Hubstabes fest mit dem Hüllrohr verbunden sein.
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Beim Drehstab erweisen sich Lager 15 zwischen den Halteorganen/Zapfen
14 und dem Hüllrohr 3 als zweckmäßig. Weitere Lager 15' tragen dazu bei, daß das
Hüllrohr 3 nicht die volle Drehbewegung des Absorberstabes mitmachen muß.
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Diese Lager 15, 15' zwischen den Halteorganen 14 und dem Hüllrohr
3 einerseits sowie zwischen dem Hüllrohr und dem Führungsrohr andererseits sind
in Fig. 3 nochmals vergrößert dargestellt.
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Die vorstehend beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Absorberstabes zeichnet sich sowohl durch überraschende Einfachheit als auch Wirksamkeit
aus und hilft so, Absorberstabschäden zu verhindern, ohne daß andererseits erneute
Schadensquellen in den Core-Bereich einbezogen werden müssen.
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