DE2856246C2 - Absorberstab für einen Kugelhaufenreaktor - Google Patents

Abstract

In Kugelhaufenreaktoren werden zur Regelung und Reaktorabschaltung Absorberstaebe (Hubstaebe, Drehstaebe) vorgesehen, die von oben her durch Kraftanwendung in die Kugelschuettung eingefahren werden. Diese Staebe sind daher hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Der erfindungsgemaesse Absorberstab fuer Kugelhaufenreaktoren ist gekennzeichnet durch ein unten offenes kuehlmittel-durchstroemtes Huellrohr, das zumindest den zwischen Reflektor und Kugelhaufen befindlichen Teil des Stabes umgibt und unmittelbar oberhalb des Kugelhaufens endet. Die neue Absorberstabkonstruktion sorgt fuer eine angemessene Kuehlung auch der aus dem Bereich der Kugelschuettung herausragenden Teile des Absorberstabes, so dass dessen mechanische Festigkeit gewahrt wird. stem gebildet, das ohnehin aufgrund von vorhandener Feuchtigke

Description

45

Die Erfindung bezieht sich auf einen Absorberstab für den Eintritt in die Schüttung eines Kugelhaufenreaktors aus einem oberhalb der Schüttung befindlichen Reflektor, wobei der Absorberstab an seinem zwischen dem Reflektor und der Schüttung befindlichen Teil von einem in der Höhe verstellbaren, unten offenen Hüllrohr umgeben ist. Ein derartiger Absorberstab ist aus der US-PS 37 28 218 bekannt.

In Kugelhaufenreaktoren werden zur Regelung und Reaktorabschaltung Absorberstäbe (Hubstäbe, Drehstäbe) vorgesehen, die von oben her durch Kraftanwendung in die Kugelschüttung eingefahren werden. 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.

Um die am Absorberstab beim Einfahren in die Kugelschüttung auftretenden Kräfte zu vermindern und insbesondere, um die Brennelement-Bruchrate zu ver- es ringern, wurde ein Absorber-Hohlstab entwickelt (US-PS 37 28 218), dessen Innendurchmesser dem Brennelementdurchmesser angepaßt ist. Dieser Hohlstab ist von einem koaxialen Absorberrohr umgeben, dessen Abstand vom Hohlstab ebenfalls dem Brennelementdurchmesser entspricht Hohlstab und umhüllendes Rohr sind teleskopartig gegeneinander verfshrbar, wodurch die äußere Gestalt (und Wirkung) der neutronenabsorbierenden Einheit auf einfache Weise variiert werden kann.

Bei diesen vornehmlich auf den in den Kern eindringenden Teil des Absorberstabes 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 Kugelzwischenräumen mit beachtlicher Geschwindigkeit strömenden Kühlmittelstrom genügend gekühlt wird, ist die Kühlwirkung an dem aus dem Kugelhaufen herausragenden Teil des Stabes vergleichsweise gering und der Stab unterliegt in diesem Bereich ohne ausreichende Kühlung — insbesondere bei Reaktoren mit OTTO-Beschickung — einer Wäimeeinwirkung durch die Umgebung und insbesondere durch StrahJungs- und Neutronenabsorption.

Die Aufgabe besteht nun darin, für eine angemessene Kühlung auch der aus dem Bereich der Kugelschüttung herausragenden Teile des Absorberstabes zu sorgen, so daß dessen mechanische Festigkeit gewahrt bleibt

Dazu ist der erfindungsgemäße Absorberstab für einen Kugelhaufenreaktor dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr in seiner vollständig nach unten ausgefahrenen Position unmittelbar oberhalb der Kugelschüttung endet und daß Mittel zur Erzeugung einer Kühlmittelströmung in dem Zwischenraum zwischen dem Hüllrohr und dem Absorberstab vorgesehen sind.

Dieses kühlmitteldurchströmte Hüllrohr schützt den Absorberstab speziell im Bereich oberhalb des Kugelhaufens. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein gekühlter Absorberstab für einen Kugelhaufenreaktor ist zwar bereits aus der DE-OS 21 12 471 bekannt. Bei diesem Absorberstab handelt es sich jedoch um einen Hohlstab mit einem axialen Sicherungsseil, der über Bohrungen am oberen und unteren Ende über die Gesamtlänge axial — in seinem Inneren — mit Kühlmittel beaufschlagt wird, um eine plastische Verformung des Stabes infolge der hohen Oberflächentemperaturen der Brennelementkugeln und um schädliche Überhitzungen des Seilmaterials zu verhindern. Eine selektive Kühlung des Stabes im Bereich zwischen Kugelha'ifen und Reflektor ist auf diese Weise nicht möglich.

Gemäß Anspruch 2 kann für die Lagerung bzw. Halterung des Hüllrohres ein in der Druckbehälterdecke eingebautes Panzerrohr herangezogen werden. Um zu vermeiden, daß das Hüllrohr sehr weit nach oben in das Panzerrohr eingefahren werden muß, ist dabei zwischen Panzerrohr und Hüllrohr ein Führungsrohr angeordnet, wobei die drei Rohre teleskopartig ineinandergreifen und in ihrer Verfahrbarkeit nach unten durch Anschläge begrenzt sind. Diese Aufteilung kann auch dazu benutzt werden, unterschiedliche vom Absorberstab durchfahrene Gasräume (wie z. B. Inspektionsraum oder KaItgassammelraum) unterhalb der Druckbehälterdecke gegeneinander abzudichten. Da innerhalb des Reaktorbehälters ein Minimum an Zugriff von außen und an mechanisch bewegten Teilen angestrebt wird, wird die gewünschte Lageänderung des Hüllrohrs ohne Fremdantrieb dadurch erreicht, daß der Absorberstab, sobald er sich völlig im Hüllrohr befindet, das Hüllrohr über einen Anschlag mit nach oben verfährt.

Die Länge der Rohre sollte so gewählt werden, daß

der für das Verfahren des Hüllrohres erforderliche Anschlag am Absorberstab beim Verfahren des Stabes nicht in den Kugelhaufen gelangt.

Eine in ein unten offenes Rohr teleskopartig einziehbare Hülse für einen Absorberstab, deren Abwärtsbewegung durch einen Anschlag am unteren Ende des Rohres begrenzt wird, ist zwar bereits aus dem DE-Gbm 19 23 509 bekannt Bei diesem »Absorberstab« handelt es sich jedoch um ein von einem axialen Seilzug gehaltenes Gelenkplattenpaket, das in Kanäle innerhalb des Reakto/kerns hinein mehr oder weniger weit entfaltet wird. Mit der beweglichen Hülse ist eine Entnahme des Gliederstabes durch die obere biologische Abschirmung des Reaktors möglich.

Gemäß Anspruch 3 sind zur Erzeugung der Kühlmittelströmung im Ringspalt zwischen dem Absorberstab und seinem umgebenden Hüllrohr im oberen Bereich des Hüllrohrs seitliche öffnungen vorgesehen, die den Ringspalt mit einem Kühlmittelsammelraum oberhalb des Reflektors verbinden. Vorzugsweise werden die im Reaktor vorhandenen Kühlmittelströmungen ausgenutzt, die von einem der Gassammeiräume oberhalb des Deckenreflektors herkommen und durch die Kugelschüttung geleitet werden.

Geeignete öffnungen sind 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. Die Lage und unter Umständen auch die Gestalt der öffnungen richtet sich insbesondere danach, aus welchem oder welchen der Gassammeiräume der Kühigasstrom für den Ringspalt abgezweigt werden soll.

Grundsätzlich erscheint es besonders zweckmäßig, wenn der mit Öffnungen versehene Abschnitt 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 die Strömung durch ihn sehr gering ist, z. B. durch Abdeckmanschetten.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigt schematisch

A b b. 1 einen mit Hüllrohr versehenen Absorberstab in drei unterschiedlichen Betriebspositionen (a, b, c);

A b b. 2 einen Längsschnitt durch den in die Kugelschüttung eingefahrenen Absorberstab und A b b. 3 einen vergrößerten Ausschnitt von A b b. 2.

Gemäß A b b. 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 8 versehen, die bei den in Abb. la bis Ic gezeigten Positionen des Stabes zum Kaltgassammelraum 6 unterhalb eines thermischen Schildes 7 hin offen sind und bei voll abgesenktem Hüllrohr 3 unmittelbar über dem Reflektor 5 enden.

Diese 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 Hüllrohres im oberen Bereich auftritt.
Das Hüllrohr 3 wird von dem einen Inspektionsraum

9 durchquerenden Führungsrohr iO gehalten, das selbst in einem Panzerrohr 11 innerhalb der Spannbetonbehälterdecke 12 des Reaktors gelagert ist. Die in A b b. 1 gezeigten unterschiedlichen Positionen a) bis c) machen die Arbeitsweise des 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.

Der in die Kugelschüttung vordringende Absorberstab läßt, wie in A b b. Ic 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 Kern ungleich höheren Kühlmittelströmungsgeschwindigkeiten auch ohne Hülle ausreichend gekühlt wird.

Abb.2 zeigt die Ausbildung von Stab und Hüllrohr im einzelnen: Das Hüllrohr 3 greift in das Führungsrohr

10 ein, das am unteren Ende einen Anschlag 10' für das Hüllrohr hat. Das Führungsrohr 10 selbst ist im Panzerrohr 11 montiert. Der Absorberstab 2 besitzt Längsnuten 13 mit unterem Anschlag 13', in die Halleorgane, insbesondere Zapfen 14, des Hüllrohres eingreifen. Diese Halteorgane oder Zapfen können im Falle eines Hubstabes fest mit dem Hüllrohr verbunden sein. Bei einem 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.

Diese Lager 15, 15' zwischen den Halteorganen 14 und dem Hüllrohr 3 einerseits sowie zwischen dem Hüllrohr und dem Führungsrohr andererseits sind in A b b. 3 nochmals vergrößert dargestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Absorberstab für den Eintritt in die Schüttung eines Kugelhaufenreaktors aus einem oberhalb der Schüttung befindlichen Reflektor, wobei der Absorberstab an seinem zwischen dem Reflektor und der Schüttung befindlichen Teil von einem in der Höhe verstellbaren, unten offenen Hüllrohr umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (3) in seiner vollständig nach unten ausgefahrenen Position unmittelbar oberhalb der Kugelschüttung (1) endet und daß Mittel zur Erzeugung einer Kühlmitteiströmung in dem Zwischenraum zwischen dem Hüllrohr (3) und dem Absorberstab (2) vorgesehen sind.

2. Absorberstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (3) teleskopsrtig gegenüber einem das Hüllrohr (3) umgebenden Führungsrohr (10) verschiebbar ist, welches seinerseits ebenfalls gegenüber einem es umgebenden, ortsfest angeordneten Panzerrohr (11) teleskopartig verschiebbar ist, wobei in der vollständig nach unten gefahrenen Position des Hüllrohrs (3) eine weitere teleskopartige Verschiebung nach unten durch Anschlage zwischen dem Panzerrohr (11) und dem Führungsrohr (10) einerseits sowie dem Führungsrohr (10) und dem Hüllrohr (3) andererseits unterbunden ist, und daß die teleskopartige Bewegung zwischen dem nach oben verfahrenden Absorberstab (2) und dem umgebenden Hüllrohr (3) durch einen Anschlag (13,14) unterbunden ist, sobald der Absorberstab (2) vollständig in das Hüllrohr (3) zurückgezogen ist.

3. Absorberstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Kühlmittelströmung im oberen Bereich des Hüllrohrs (3) seitliche Öffnungen (8) vorgesehen sind, die eine Verbindung des Zwischenraums zwischen dem Hüllrohr (3) und dem Absorberstab (2) zm einem oberhalb des Reflektors (5) vorhandenen Kühlmittelsammeiraum darstellen.