DE2925366C2 - Schacht für einen Kernreaktor - Google Patents

Description

steigt nicht das 6,5fache der bei der beschriebenen monolithischen Konstruktion auftretenden Werte. Diese lokale Vergrößerung des Strahlungsstroms führt nicht zur Bildung einer stärkeren Zone der Wärmeentwicklung im Abschirmungsmaterial und somit nicht zu einer lokalen Überhitzung des Betons des eigentlichen biologischen Schutzschirms, was durch Experimente bestätigt wurde.

Gemäß einer Ausbildung der Erfindung sind die vorgefertigten Stahlbetonblöcke der Abschirmung aus hitzebeständigcin Beton ausgeführt Dies gestattet es, die Strahlungsfestigkeit der Abschirmung und die Temperaturgrenze für ihren Einsatz zu erhöhen.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung liegen die Luftspalte zwischen den Stahlbetonblöcken der Abschirmung radial.

Die radialen Spalte zwischen den Blöcken vergrößern deren Wärmeabgabefläche bis 40% und verringern ihre Erwärmungstemperatur bei einem längeren Betrieb um

5 bis 10%. Außerdem führen in Störungsfällen die radialen Luftspalte bei Zerstörung der Befestigungen und des Reaktorgehäuses zu einem Festklemmen der Blöcke bei deren Bewegung zum Schachtzentrum hin, während sich die Blöcke bei einer Bewegung nach außen auf der zylindrischen Innenwand des Betonschachtes abstützen.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 die Gesamtansicht des Schachtes eines Kernreaktors gemäß der Erfindung;

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 der F i g. 1;

Fig.3 einen Schnitt nach der Linie 11I-III der Fig. 1, und

Fig. 4 Kurven der Dichteverteilung (F) des Stroms der schnellen Neutronen hinter der vorgefertigten und der monolithischen Schutzabschirmung.

In den F i g. 1,2 und 3 ist ein Schacht 1 zur Unterbringung des Gehäuses eines Reaktors 2 dargestellt, der in Form einer Stahlbetonhülse 3 mit Konsolstützen 4 ausgeführt ist. Das Gehäuse des Reaktors 2 ist von einer Lage 5 eines wärmeisolierenden Materials umgeben. Zwischen der Lage 5 und der Innenwand des Schachtes 1 des Reaktors 2 ist eine Strahlungs- und Wärmeschutzabschirmung 6 mit Durchgängen 7 zur Unterbringung von Kanälen von Ionisationskammern (nicht dargestellt) konzentrisch angeordnet. Die Schutzabschirmung

6 besitzt eine Reihe von Blöcken 8, die aus hiizebeständigem Beton ausgeführt sind. Die Blöcke 8 sind' an der Wand des Schachtes 1 des Reaktors befestigt und weisen einen Metallbelag 9 auf. Ein Spalt 10 zwischen den Blöcken 8 und den Wänden des Schachtes 1 des Reaktors 2 steht mit radialen Luftspalten 11 in Verbindung, die zwischen den Blöcken 8 bestehen. Durch die Spalte 10 und 11 wird ein Kühlgas geleitet.

In Fig.4 stellt die Kurve 12 die Verteilungsart der Stromdichte der schnellen Neutronen hinter der Strahlungs- und Wärmeschutzabschirmung aus vorgefertigten Blöcken, die Kurve 13 dasselbe hinter einer monolithischen Abschirmung dar. Auf der Ordinate sind Dichtegrößen eines Stroms (F) der schnellen Neutronen in relativen Einheiten, auf der Abszisse hingegen ist der Abstand in cm symmetrisch relativ zu der Achse des Luftspaltes 11 aufgetragen.

Die Untergliederung der Schutzabschirmung 6 in einzelne Blöcke verringert seismische Krafteinwirkungen. Die Verringerung der Krafteinwirkungen wird durch das Verhältnis der Massen der ringförmigen Abschirmung 6 und des jeweiligen Blocks S bestimmt. Es kann eine 2fache und 1Ofache Verringerung sein. Die radialen Luftspalte 11 zwischen den Blöcken 8 vergrößern die Abkühlungsfläche bis 40% und vermindern die Erwärmungstemperatur des Betons um 5 bis 10%. Ferner verringern die bestehenden, zur Abkühlung dienenden freien Oberflächen der Blöcke 8 in den Spalten 11 zwischen diesen die Druckgefälle bei der Einwirkung eines strömungsbedingten Dampfaustrittes seitens des Gehäuses des Reaktors 2. Hierbei werden die erforderlichen Betriebsbedingungen für die Ionisationskammern aufrechterhalten. Die Konstruktion läßt eine Erwärmungszunahme im Falle einer Verstärkung der Strahlungsströme bei eventueller Leistungszunahme des Reaktors ZU.

Die einzelnen Blöcke 8 werden fabrikmäßig hergestellt, wobei ihre Trocknung durch Erwärmung auf 110⁰C erfolgt. Hierbei wird das gesamte Volumen eines Blocks 8 entwässert, wodurch die Gasentwicklungen während der Bestrahlung um 25% reduziert werden. Die getrockneten Blöcke 8 werden auf die Baustelle geliefert und nach bekannten Verfahren im Schacht 1 des Reaktors 2 zusammen mit der Wärmeisolierung in ein bis zwei Tagen montiert, während die Montage der technologischen Ausrüstung ohne Zeitverluste durch die Betontrocknung sowie deren vorangehenden Vorbereitungsperiode durchgeführt wird.

Beim Betrieb der Anlage fließt der gemischte Strom von Neutronen- und der Gammastrahlung durch die Abschirmung 6. Das Steigern der Leistung der Expositionsdosis der Neutronen- und Gammastrahlung hinter der vorgefertigten Schutzabschirmung 6 übersteigt nicht das 6,5fache gegenüber der monolithischen Konstruktion. Diese lokale Zunahme des Stroms an ionisierenden Strahlungen führt nicht zur Zunahme der Wärmeentwicklungen im Abschirmungsmaterial und folglich nicht zur lokalen Überhitzung des Betons der Hülse des Schachtes 1 des Reaktors 2, was durch Experimente bestätigt wurde.

Die Herstellung einer Schutzabschirmung 6 aus Blökken 8 ermöglicht es, den Kernreaktor um 60 bis 75 Tage früher als bei der bekannten Konstruktion zu montieren.

Der Betonschacht 1 wird bis zur unteren Fläche der Konsolstütze 4 des Gehäuses des Reaktors 2 ausgebaut. Es folgt die Montage einer ringförmigen Reihe von Blöcken mit deren separaten Befestigung an der Wand des Schachtes 1. Danach werden von oben die Elemente der Konsolstütze 4 des Gehäuses des Reaktors 2 angebracht. Die Verbindungsstellen der Stütze 4 werden mit Beton gefüllt. Gleichzeitig wird der Reaktorschacht von innen mit einer Lage 5 wärmeisolierenden Materials bedeckt, wonach zur Montage des Gehäuses des Reaktors 2 übergegangen werden kann.

Alle Blöcke 8 sind während der Herstellung, Trocknung, Montage und auch während des Betriebes zur Fernkontrolle ihrer Haupteigenschaft, nämlich die Verzögerung von schnellen Neutronen herbeizuführen, zugänglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Zur Aufnahme eines Kernreaktors dienender Schacht, der von einer Stahlbetonhülse mit Konsolstützen gebildet wird und eine Wärmeisolierung sowie eine Stahlbetonschutzabschirmung mit Durchgängen für Ionisationskammern und einem System zur Abkühlung derselben aufweist, die in der Stahlbetonhülse zu deren Wandung mit einem Spalt konzentrisch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlbetonschutzabschirmung (6) eine Reihe von vorgefertigten Stahlbetonblöcken (8) umfaßt, die an der Innenwand der Stahlbetonhülse (3) befestigt sind und daß zwischen benachbarten Stahlbetonblöcken (8) ein Luftspalt (11) vorgesehen ist.

2. Schacht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigten Stahlbetonblöcke (8) der Stahlbetonschutzabschirmung (6) aus hitzebeständigem Beton ausgeführt sind.

3. Schacht nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspalte (11) zwischen den Stahlbetonblöcken (8) der Stahlbetonschutzabschirmung (6) radial liegen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schacht für einen Kernenergiereaktor gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Die Kernstrahlungen eines Reaktors werden zum biologischen Schutz durch Betonlagen abgeschwächt. Die Strahlungsströme verändern jedoch die Eigenschaften des gewöhnlichen Betons. Daher wird zum Schutz des Betons zwischen der Betonwand und dem Reaktor eine Strahlungs- und Wärmeschutzabschirmung, beispielsweise aus Gußeisen, Stahl oder Sonderbeton, angeordnet, Die Arbeit des Reaktors kann nach der Größe des Neutronenstroms beurteilt werden. Die Größe des Stroms der thermischen Neutronen wird im Innern der Slrahlungs- und Wärmeschutzabschirmung mit Hilfe von Ionisationskammern gemessen. Hierzu ist jede Kammer beweglich im Innern eines Rohres untergebracht, das in der Strahlungs- und Wärmeschutzabschirmung angeordnet ist. Es werden normalerweise mehrere solcher Rohre in einem Ring angeordnet. Der Werkstoff der Abschirmung enthält eine erhöhte Wasserstoffmenge, um den Strom der thermischen Neutronen durch Verlangsamung eines Teiles der schnellen Neutronen zu verstärken, wobei die Zuverlässigkeit der Registrierung des Beginns des Kernprozesses im Reaktor beim Anfahren und anderen Übergangsbetriebszuständen erhöht wird.

Eine Anlage mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist durch das Buch: »Bau von Wärme- und Kernkraftwerken«,

7. Aufl., 1977, S. 13—19, bekanntgeworden.

Die Strahlungs- und Wärmeschutzabschirmung in Form eines monolithischen Stahlbetonzylinders ist in einer ringförmigen Schachtnische frei angeordnet. Die Nische ist von oben durch Konsolstützen für das Reaktorgehäuse und von unten durch einen Vorsprung begrenzt, auf dem sich die Abschirmung abstützt. Die Abschirmung umfaßt ein Metallgehäuse mit einer Perforation, Rohre zur Unterbringung von Ionisationskammern und eine Wärmeisolierung auf der Reaktorseite. Der Zwischenraum zwischen dem Reaktorgehäuse und der Wärmeisolierung ist zur Durchführung einer Ultraschalluntersuchung des Gehäuses nach Defekten sowie zur Durchführung von Überholungsarbeiten und Vorbeugemaßnahmen ausreichend. Während der Arbeit der Anlage wird dieser Zwischenraum nicht gekühlt. Dadurch wird eine Verringerung des Temperaturgefälles in der Wand des Reaktorgehäuses erreicht und somit die Zuverlässigkeit des Reaktors erhöht. Außerdem schützen die gekühlten Spalte zwischen der Wärmeisolierung, der Strahlungs- und Wärmeschutzabschirmung, den Konsolstützen und der Schachtwand den Beton der Wand für den biologischen Schutz sowie die Ionisationskammern gegen Erwärmung zuverlässig. Die Spalte ermöglichen ferner eine Deformation der Abschirmung.

Der Nachteil dieser Lösung besteht in der Verlängerung der Bauzeit des Schachtes um 60 bis 80 Tage zur Durchführung der Wärmebehandlung (Trocknung) des Betons der Strahlungs- und Wärmeschutzabschirmung. Außerdem ist die freie Anordnung der Abschirmung in einer Nische beim Auftreten von seismischen Beanspruchungen unzweckmäßig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schacht für einen Kernreaktor zu schaffen, bei dem die Konstruktion der Strahlungs- und Wärmeschutzabschirmung den Betrieb des Reaktors sowohl unter normalen Bedingungen, als auch bei auftretenden seismischen Beanspruchungen ermöglicht, wobei die Bauzeit verkürzt wird.

Die Aufgabe wird bei einem Schacht der vorausgesetzten Ausbildung dadurch gelöst, daß die Schutzabschirmung eine Reihe von vorgefertigten Stahlbetonblöcken umfaßt, die an der Innenwand der Stahlbetonhülse befestigt und relativ zueinander mit einem Luftspalt angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es, die Bauzeit des Schachtes beträchtlich (um 60 bis 80 Tage) aufgrund der Blockkonstruktion der Schutzabschirmung und der vereinfachten Montage derselben zu verkürzen. Die Masse der einzelnen Blöcke ist gegenüber dem bekannten monolithischen Zylinder gering. Die Montage und Befestigung der Blöcke an den Schachtwänden sind einfach. Dies wird dadurch erreicht, daß jeder der Blöcke, die zusammen einen Ring bilden, unabhängig von den anderen Blöcken montiert wird, wobei die Blökke keine gemeinsamen, zu verbindenden Elemente besitzen. Der Luftspalt zwischen zwei benachbarten Blökken kann eine Breite bis zu 15 mm aufweisen.

Die bestehenden Luftspalte zwischen den Stahlbetonblöcken der Schutzabschirmung und deren Befestigung ermöglichen es, den Schacht bzw. den Reaktor auch bei seismischen Beanspruchungen zu betreiben.

Die Spalte zwischen den Blöcken vergrößern die Abkühlungsfläche derselben und verringern die Erwärmungstemperatur bei einem längeren Betrieb. Außerdem beseitigen die bestehenden Luftspalte zwischen den Blöcken die sich aus Strahlungs- und Wärmedeformationen ergebenden Spannungen. Dadurch ist die mögliche Betriebsdauer der aus den Blöcken montierten Abschirmung bis zur Fluenzgröße der Neutronen von 2—5 ■ 10²⁰ Neutron/cm² verlängert, so daß diese die Betriebsdauer des Reaktorgehäuses bzw. der Reaktorbaugruppen übersteigt, die dem Reparatur- und Erneuerungszyklus nicht unterliegen.

Die Steigerung der Leistung der Expositionsdosis der Neutronen- und Gammastrahlung hinter der Schutzab- · schirmung der erfindungsgemäßen Konstruktion über-

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