DE2925680B1 - Auffangvorrichtung fuer schmelzende Brennelemente eines Atomreaktors - Google Patents
Auffangvorrichtung fuer schmelzende Brennelemente eines AtomreaktorsInfo
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Description
ι-3 Die Erfindung betrifft eine Auffangvorrichtung für
schmelzende Brennelemente eines Atomreaktors der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Bei Kernreaktoren oder anderen Kernkraft-Anlagen muß verhindert werden, daß strahlendes Material in die
Umgebung austritt. Insbesondere muß vermieden werden, daß beim »Durchgehen« eines Kernreaktors
schmelzende Brennelemente in das Erdreich absinken, weil hierdurch auf lange Dauer eine lebensbedrohende
Umweltschädigung entstehen kann,
2> Bei einer bekannten Auffangvorrichtung der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, vgl. die DE-OS 26 14 187, ist die Auffangwanne ortsfest und
zentral direkt unter dem Reaktorkern angeordnet. Schmelzende Brennelemente sinken deshalb über die
κ» Rutsche direkt in die Auffangwanne bzw. auf die Spitzen
von darin vorgesehenen Neutronengiftstäben. Bei den hohen möglichen Temperaturen (2800° C) schmelzen
diese ebenfalls und werden damit unbrauchbar. Die Auffangwanne ist relativ klein und so bemessen, daß
S3 sich die geschmolzenen Reaktorkernteilchen nicht zu
einer kritischen Masse vereinigen können. Reicht der kleine, in der Auffangwanne bereitgestellte Raum zur
Aufnahme der schmelzenden Brennelemente nicht aus, so muß auch die Rutsche schmelzendes Material
•to aufnehmen was die Gefahr des Durchschmelzens und der Bildung einer kritischen Masse im Bett unter der
Rutsche und der Auffangwanne mit sich bringt. Die in diesem Bett vorgesehene Ziegelauskleidung bietet
ebenfalls keinen zufriedenstellenden Schutz. Alles in allem erscheint der durch die bekannte Auffangvorrichtung
vorgesehene Katastrophenschutz noch nicht ausreichend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung zu schaffen, welche größtmögli-
"jo ehe Sicherheit gegen Eindringen von spaltbarem
Material in das Erdreich im Bereich eines Kernreaktors oder einer Kernkraft-Anlage bietet.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale des
■35 Anspruchs 1 gelöst.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß im Falle eines zu einem Absinken der Brennelemente führenden Unfalls
bzw. »Durchgehens« des Reaktors die Brennelemente zunächst von dem Reaktorfundament aufgehalten
werden und erst dann über die Rutsche zu der Ablagerungsvorrichtung geführt werden, die so konzipiert
ist, daß sie strahlendes Material auch dann, wenn dieses sich im Schmelzzustand befindet, sicher auffängt
und derart verteilt, daß es nicht zu einer kritischen
f>r>
Verdichtung des geschmolzenen Materials kommen kann.
Um eine gleichmäßige Verteilung des strahlenden Materials in der Karussellwanne zu erreichen, ist diese
ORfGfHAL INSPECTED
am Umfang ihres Bodens auf einem Kugellager gelagert und mittels eines Druckmittelantriebes in langsame
Drehung versetzbar.
Die Karussellwanne muß so gestaltet sein, daß sie ein »Durchbrennen« des strahlenden Materials durch ihre
Wandung praktisch ausschließt. Dies wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
dadurch erreicht, daß die Karussellwanne aus einem dickwandigen korrosionsfesten Material, wie nichtrostendem
Stahl, mit einer Oberflächenbeschichtung aus Industrieporzellan besteht.
Um mit Sicherheit sämtliche im Reaktorkern enthaltenen Brennelemente im Falle eines Absinkens
auffangen zu können, hat die Rutsche vorzugsweise eine Breite in der Größenordnung der doppelten Breite des
Reaktorkerns. Zweckmäßig führt die Rutsche von einer Stelle am Reaktor-Fundament vertikal nach unten und
geht über einen gekrümmten Übergangsbereich in einen waagerechten, auf einem Umfangsbereich der
Ablagerungsvorrichtung gleitend abgestützten Mündungsbereich über.
Zweckmäßig ist die Rutsche im Querschnitt wannenförmig
gewölbt und besteht aus einem korrosionsfesten Material, wie nichtrostendem Stahl, mit einer Oberflächenbeschichtung
aus Industrieporzellan.
Der Boden der Ablagerungsvorrichtung ist vorzugsweise bis zu etwa zwei Dritteln ihrer wirksamen Höhe
mit einer Schicht aus bremsendem Material und Füllstoff, vorzugsweise aus einer homogenen Mischung
von '/β Glassplittern, 2/e Zement, Vb Stahlkuben als
Bremselemente und 2/e Schwerspat a'.s Füllstoff belegt.
Um einen zusätzlichen Schutz zu schaffen, ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgesehen, daß
eine zusätzliche Schutzwanne vorgesehen ist, deren Boden sich unterhalb der Rutsche und der Ablagerungsvorrichtung
erstreckt und die mit ihrem oberen Rand in Gestalt einer über die Erdoberfläche ragenden Mauer
sämtliche, strahlendes Material enthaltende Bauwerke des Reaktors umschließt.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren
Einzelheiten näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch eine Sicherheitsvorrichtung nach der Erfindung für einen Kernreaktor;
F i g. 2 eine schematische Draufsicht auf die Sicherheitsvorrichtung
nach Fig. 1, wobei eine zusätzliche Schutzwanne sowie Erdreich oberhalb der Ablagerungsvorrichtung
und der Rutsche nicht dargestellt ist;
F i g. J eine abgebrochene Teilansicht in Richtung des Pfeils III in Fig. 1.
Die gezeichnete Sicherheitsvorrichtung erstreckt sich im wesentlichen unterhalb der Bauwerke eines Kernreaktors
1 mit einem innerhalb der Kuppel 2 angeordneten Reaktorkern J mit Brennstäben 4. An das
Fundament 5 der Reaktorkuppel 1 schließt eine zunächst vertikal nach unten verlaufende Rutsche 6 an,
die über einen gekrümmten Übergar.gsbereich 7 in einen waagerechten Mündungsbereich 8 übergeht. Im
gekrümmten Übergangsbereich ist die Rutsche 9 durch ein Fundament 9 abgestützt. Die Rutsche ist im
Querschnitt wannenförmig (F i g. 3) und hat eine Breite von etwa der doppelten Breite des Reaktorkerns .J1
unter dem sich der Übergangsbereich 7 flächendeckend erstreckt (F ig. 2).
Die Rutsche besteht im wesentlichen aus einer Grundlage 10 aus etwa 10 cm dickem, nichtrostendem
Stahl, auf dem eine etwa ebenfalls 10 cm dicke Schicht 11 aus hartem InUustrieporzellan aufgetragen ist, die
ι >
mehrfach glasiert ist.
Der waagerechte Mündungsbereich 8 der Rutsche ist mit seiner Unterseite über ein Gleitlager 12 auf dem
hochstehenden Rand 13 einer Karussellwanne 14 abgestützt. Diese Karussellwanne 14 ist am Umfang
ihres Bodens 15 über ein Spezialkugellager 16 auf einem Fundamentring 17 drehbar gelagert und über eine
Hydraulikanlage 18 in langsame Drehung versetzbar.
Bei einem Ausführungsbeispiel hat der hochstehende Rand B eine Höhe von 3 m, und der Boden 15 hat einen
Durchmesser von vier mal der Länge der Brennstäbe 4.
Auch die Karussellwanne 14 hat eine Grundlage 19 aus etwa 10 cm starkem, nichtrostendem Stahl, der mit
einer Oberflächenschicht 20 aus hartem Industrieporzellan beschichtet ist. Diese Schicht 20 ist doppelt so oft
glasiert wie die Schicht 11 der Rutsche 6.
Der Innenraum der Karussellwanne 14 ist bis zu etwa zwei Drittel seiner Höhe mit einer homogenen
Mischung von 1Ze Glassplittern, 1Ib Zement, '/β
Stahlkuben mit Abmessungen von 10 χ 10 cm als Bremselemente und 2Ze Schwerspat als Füllstoff
ausgefüllt. Die Mischung ist ungebunden und vor Feuchtigkeit geschützt. Ihre Oberfläche ist in F i g. 1 mit
dem Be2ugszeichen21 bezeichnet.
Zweck dieser Mischung ist es, im Katastrophenfall über die Rutsche 8 ankommende Bremselemente sicher
abzubremsen, vor einem weiteren Absinken zu bewahren und außerdem radioaktive Strahlung aufzufangen.
Die Karussellwanne 14 ist über einen Zugang 22 von der Erdoberfläche 23 her über einen Raum zugänglich,
der ebenfalls durch eine Kuppel 24 von der Umgebung abgeschirmt ist. In diese Kuppel ist auch ein Absaugrohr
25 hochgeführt, das zum Absaugen von radioaktiven Gasen dient.
Diese können dann von der oberen Mündung 26 des Absaugrohres zu einer sicheren Lagerung abgeführt
werden, beispielsweise in mit Schwerspat oder dgl. ausgekleideten, druckdichten Gasbehältern.
Sämtliche gezeigten Bauwerke einschließlich der Sicherheitsvorrichtungen sind zum zusätzlichen Schutz
von einer Schutzwanne 27 mit einem unterhalb der Karussellwanne 14 sich erstreckenden Wannenboden
28 und einer geschlossenen Seitenwand 29 umgeben, die bis über die Erdoberfläche 23 in Form einer
Umschließungsmauer 30 beispielsweise bis in eine Höhe von 2 m über die Erdoberfläche 23 hochragt und somit
sämtliche, strahlendes Material enthaltenden Bauwerke der Kernkraftanlage umgibt. Die Schutzwanne besteht
aus Schwerspat-Beton und hat eine Wandstärke von 1 bis 2 m. Zweckmäßig ist ihr Boden mit der gleichen
homogenen Mischung aus Bremselementen und Füllstoff bedeckt, wie sie oben für die Karussellwanne 14
beschrieben ist.
Um auch jegliches oberirdisches Entweichen von radioaktivem Material zu vermeiden, sollten Ein- und
Ausgänge sowie Zufahrten über die Schutzmauer 30 in Form von Treppen oder Rampen hinwegführen.
Während die Rutsche 10 und die Karussellwanne 14 mit vertretbarem Aufwand bei bereits bestehenden
Kernreaktoren vorgesehen werden können, dürfte der Aufwand für das nachträgliche Vorsehen einer Schutzwanne
27 nicht mehr wirtschaftlich vertretbar sein. Die Schutzwanne kommt also insbesondere für Neubauten
in Betracht.
Im Katastrophenfall mit absinkenden Brennelementen oder insgesamt absinkendem Reaktorkern 3 werden
die Brennelemente sanft von der Rutsche 6 aufgefangen und vom Mündungsbereich 8 gleichmäßig verteilt auf
ORIGINAL INSPECTED
5 6
die Oberfläche 21 in der im Katastrophenfall beispiels- und nicht elektrisch offenbar und verschließbar, um
weise automatisch in Drehung versetzten Karusseliwan- Explosionsgefahr zu vermeiden. Er ist zum Vermeiden
ne 14 gleichmäßig verteilt abgelegt. Dort können die des Entweichens jeglichen Gases mit einer Absicherung
Brennelemente ohne Behinderung von Reparaturarbei- versehen, die nach jeder Entnahme zu betätigen ist,
ten im Reaktor 1 bis zum Abtransport verbleiben. 5 vorzugsweise automatisch.
Eine nicht gezeigte, dem Absaugstutzen 25 zugeord- Es bedarf für den Fachmann keiner näheren Angaben
nete Absaugvorrichtung wird im Katastrophenfall zur Gestaltung der Rutsche derart, daß herabrutschende
ebenfalls eingeschaltet, sofern festgestellt wird, daß sich Brennelemente auf der Rutsche 6 die notwendige
radioaktive Gase entwickeln, sei es im Raum innerhalb Geschwindigkeit erhalten, um im Mündungsbereich 8
der Kuppel 2 oder oberhalb der mit den exorbiten ία mit einer zum Fallen in die Karussellwanne 14
Brennelementen bedeckten Oberfläche 21 der Karus- ausreichenden Geschwindigkeit anzukommen,
seifwanne 14. Solche Gase werden dann in einen Die Rutsche «st ferner so gestaltet, daß sie beim
gesicherten Raum bzw. unmittelbar in Strahlengeschütz- Absinken kugelartig zerstäubendes Kernpiasma auffan-
te Gasbehälter abgesaugt und abtransportiert. Der gen und tropfen- oder kugelförmig in die Karussellwan-
Absaugstutzen 25 ist nur hydraulisch oder mechanisch ts ne fallen läßt.
Claims (12)
1. Auffangvorrichtung für schmelzende Brennelemente eines Atomkernreaktors, mit einer unterhalb
des Reaktorkernes angeordneten Rutsche, deren Flächenausdehnung mindestens der Grundfläche des
Reaktorkerns entspricht und zu einer unterhalb des Reaktorfundaments horizontal angeordneten, ausreichend
großflächigen Auffangwanne für die abgesunkenen Brennelemente führt, wobei die Rutsche oberhalb des hochstehenden Randes der
Auffangwanne mündet, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auffangwanne (14) drehbar und exzentrisch zum Reaktorkern (3) gelagert ist.
2. Auffangvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (14) am
Rand ihres Bodens (15) auf einem Kugellager (16) gelagert und mittels eines Druckmittelantriebes (18)
in langsame Drehung versetzbar ist.
3. Auffangvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (6)
aus einem dickwandigen korrosionsfesten Material (19), wie nichtrostendem Stahl, mit einer Oberflächenbeschichtung
(20) aus Industrieporzellan besteht.
4. Auffangvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutsche (6)
eine Breite in der Größenordnung der doppelten Breite des Reaktorkerns (3) hat.
5. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutsche
(6) von einer Stelle am Reaktor-Fundament (5) vertikal nach unten verläuft und über einen
gekrümmten Übergang (7) in einen waagerechten, auf einem hochstehenden Rand (13) der Auffangvorrichtung
(14) gleitend abgestützten Mündungsbereich (8) übergeht, derart, daß über die Rutsche
herabrutschendes Material selbsttätig in die Auffangvorrichtung (14) fällt.
6. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutsche
(6) im Querschnitt wannenformig gewölbt ist.
7. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutsche
(6) aus einem korrosionsfesten Material (10), wie nichtrostendem Stahl, mit einer Oberflächenbeschichtung
(11) aus Industrie-Porzellan besteht.
8. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden
(15) der Auffangvorrichtung (14) mit einer Schicht (21) aus bremsendem Material und Füllstoff belegt
ist.
9. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (21) aus
bremsendem Material aus einer homogenen Mischung von '/6 Glassplittern, 2/e Zement, '/e
Stahlkuben als Bremselemente und 2Ze Schwerspat
als Füllstoff gebildet ist und etwa zwei Drittel der wirksamen Höhe der Auffangvorrichtung bedeckt.
10. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
unterirdisch angeordnete Auffangvorrichtung (14) über einen geschützten oberirdischen Zugang (22)
erreichbar ist.
11. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesicherter Absaugstutzen (25) zum kontrollierten
Abführen von Gasen aus dem Auffangbereich vorgesehen ist.
12. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine
zusätzliche Schutzwanne (27) vorgesehen ist, deren Boden (28) sich unterhalb der Rutsche (6) und der
Auffangvorrichtung (14) erstreckt und die mit ihrem oberen Rand in Gestalt einer über die Erdoberfläche
ragenden Mauer (30) sämtliche, strahlendes Material enthaltende Bauwerke des Reaktors umschließt.
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