DE2928632A1

DE2928632A1 - Behaelter fuer kugelhaufenreaktor

Info

Publication number: DE2928632A1
Application number: DE19792928632
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Mueller-Frank; Herbert Dr Reutler
Original assignee: Ght Hochtemperaturreak Tech
Current assignee: Ght Hochtemperaturreak Tech
Priority date: 1979-07-16
Filing date: 1979-07-16
Publication date: 1981-02-19
Also published as: FR2462001A1; DE2928632C2; JPS5618794A; JPS6345078B2; FR2462001B1

Description

GHT 24.465.6

Gesellschaft für

Hochtemperaturreaktor-Technik mbH D-5O6O Bergisch Gladbach 1
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Behälter für Kugelhaufenreaktor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter für einen gasgekühlten Hochtemperatur-Kugelhaufenreaktor, wie er beispielsweise in der deutschen Zeitschrift "Atomwirtschaft" vom Mai 1971 mit Angabe weiterer Literaturstellen beschrieben ist.

Die die Spaltzone eines solchen Kernreaktors bildende Schüttung von mehreren Millionen kugelförmiger Brennelemente ist in einem Behälter enthalten, der einen polygonartigen oder kreisförmigen Grundriß aufweist und aus einer Seitenwand und einem trichterförmigen Boden besteht, durch den die oben zugegebenen, beim Durchlaufen der Spaltzone verbrauchten Brennelemente abgezogen werden können.

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Das Kühlgas durchströmt die Kugelschüttung von oben nach unten, so daß sich die Betriebstemperatur von z. B. 9 50 C in der Nähe des Bodens und des unteren Teil der Seitenwand einstellt. Hieraus folgt, daß die einzelnen Graphitsteine, aus denen Boden und Seitenwand aufgebaut sind, bei jedem An- bzw. Abfahren des Reaktors erheblichen Wärmedehnungen bzw. Schrumpfungen ausgesetzt sind. Im Falle der Seitenwand werden die Spalte zwischen den einzelnen Steinen so ausgelegt, daß sie sich bei Erreichen der Betriebstemperatur

schließen und so ein dichter Behälter entsteht, in dem nur tangentiale Druckspannungen herschenj am radialen Ausweichen werden die Seitenwandsteine durch eine äußere, den Behälter umgebende Stützkonstruktion gehin- ·* dert. Im Bereich der Kugelschüttung ergeben sich aus der Ausdehnung der Seitenwandsteine keine Probleme, da sich erstere unter der Einwirkung äußerer Kräfte ähnlich wie eine Flüssigkeit verhält, d.h. in vorliegendem Falle nach oben ausweicht. Ein ähnlicher Spannungsverlauf, in der Seitenwand läßt sich im Bereich des Bodens nur herstellen, wenn auch dieser "weich" gestaltet wird. Man hat dies bisher dadurch zu erreichen versucht, daß zwischen den einzelnen Bodensteinen im kalten Zustand ausreichend große Spalte vorgesehen wurden. Werden die Bodensteine unverbunden nebeneinander gestellt, führt dies jedoch nach mehrmaligem Ausdehnen und Zusammenziehen des Verbandes dazu, daß die einzelnen Steine nicht mehr genau auf ihren vorgesehenen Stellen im Bodenraster stehen, d. h. die Größe der

^J0 Spalte zwischen den Steinen variiert in unvorhersehbarer Weise von Stein zu Stein. In einzelnen Fällen können sich die Spalte auch in kaltem Zustand geschlossen haben, was zu einer Verklemmung des Verbandes oder wenigstens zum Auftreten erheblicher Reibungskräfte

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bei der späteren Wiederausdehnung führen kann. Andere Spalte wiederum können durch das Summieren mehrerer Ein-zelabweichungen vom Sollmaß eine erhebliche Größe angenommen haben; in solche übergroßen ^rj Spalte können z. B. Bruchstücke von zerstörten Brennelementen oder auch die nach einem bekannten Vorschlag zur Zweitabschaltung des Reaktors verwendeten "kleinen Absorberkugeln" hineinfallen und die spätere Wiederausdehnung der Steine behindern.

Die vorligende Erfindung hat daher einen Behälter zur Aufgabe, bei dem die genannten Nachteile vermieden werden. Am Übergang zwischen der Seitenwand und dem Boden sollen keine unterschiedlichen Spannungszustände auftreten. Die Bodensteine sollen sich frei gegeneinander ausdehnen können, ohne dabei die Seitenwand durch zusätzliche Kräfte zu belasten. Zwischen den einzelnen Bodensteinen sollen nur Spalte von begrenzter, berechenbarer Größe auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Behälter mit den im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruches aufgeführten Merkmalen vorgeschlagen. Durch die Verteilung der Bodensteine miteinander über die Paßfedern bzw. durch die an die Steine angeformten Vorsprünge wird erreicht, daß die bei ansteigender Temperatur stattfindende Ausdehnung der Steine gleichmäßig in alle Richtungen erfolgt und daß der einzelne Stein seine Stellung im Raster auch nach dem Abkühlen beibehält. Durch die Anordnung der

^⁰ Verzahnung in senkrechten Ebenen wird erreicht, daß sich die Bodensteine in senkrechter Richtung ungehindert ausdehnen können. Wenn sich die Spalte zwischen den Bodensteinen auch bei Betriebstemperatur nicht völlig schliessen, erfolgt die Berührung zwischen ihnen nur definiert

■35 über die Paßfedern bzw. Vor Sprünge.

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Eine bevorzugte Ausführungsform des obigen Erfindungsgedankens wird im zweiten Anspruch vorgesehlagen. Die Sechseckform der Bodensteine und die Anordnung der Verzahnung im Dreiecksraster bietet die beste Gewähr für die beabsichtigte gleichmäßige Ausdehnung der

Steine in die gewünschten Richtungen. Das Dreiecksraster setzt sich bis in die Seitenwand fort, wo die in der Seitenwand vorgesehenen Nuten ebenfalls darauf ausgerichtet sind.
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Beim übergang von einem aus einzelnen Sechsecken zusammengesetzten Boden zu einer im Prinzip kreisringförmigen Seitenwand treten aus geometrischen Gründen Unregelmäßigkeiten auf. Im dritten Anspruch wird nun vorgeschlagen, auf die Anordnung speziell geformter Füllsteine zu verzichten und vielmehr die Seitenwandsteine so auszubilden, daß sie sich der unregelmäßigen Außenkontur des Bodens anpassen, so daß das gewählte Raster nicht gestört zu werden braucht.

Die Ansprüche 4 bis 7 beschreiben vier mögliche Ausgestaltungen der Seitenwand. Welche der Ausführungsformen in einem bestimmten Fall die günstigste ist, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, die hier nur angedeutet werden können. Die Ausführungsform nach Anspruch 5 erscheint bei allerdings erhöhtem Fertigungsaufwand am besten geeignet, den Übergang von der unregelmäßigen Innenkontur zu dem in regelmäßigem Abstand voneinander angeordneten Stützgliedern zu gestalten, mit denen sich der Behälter auf die äußere Spannkonstruktion abstützt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

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Figur 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Kugelhaufen-Kernreaktor

Figur 2 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt entsprechend der Linie I-I der Figur 1 (wobei die Brennelemente entfernt sind) und

Figur 3 in abermals vergrößertem Maßstab eine Einzelheit der Figur 2.

Eine aus mehreren Millionen kugelförmiger Brennelemente bestehende, die Spaltzone des Reaktors bildende Kugelschüttung 1 ist in einem Behälter enthalten, der aus einer im wesentlichen hohlzylindrischen Seitenwand 2 und aus einem trichterförmigen Boden 3 besteht. Die Seitenwand 2 kann, wie in der Figur 1 und im Sektor b der Figur 2 dargestellt, aus zwei konzentrischen Ringen bestehen, die aus einzelnen Graphitsteinen 21 bzw.22 aufgebaut sind. In gleicher Weise ist der Boden 3 aus einzelnen Graphitsteinen 31, im dargestellten Beispiel in Form eines sechseckigen Prismas aufgebaut. Die Seitenwandsteine2i sind an ihrer Innenseite so geformt, daß sie in die unregelmäßige Außenkontur des Bodens 3 hineinpassen. Im Betrieb werden der Kugelschüttung 1 an ihrem oberen Ende laufend frische Brennelemente durch entsprechende Rohre 11 zugeführt, während verbrauchte Brennelemente am unteren Ende über eine Zähl- und Vereinzelungsvorrichtung 12 abgezogen werden. Das Kühlgas, vorzugsweise Helium, wird am oberen Ende des Behälters eingeblasen, durchströmt die Kugelschüttung 1 von oben nach unten und wird am unteren Ende, auf die volle Betriebstemperatur von ca. 950 C aufgeheizt, Verbrauchern zugeführt. Der Kühlkreislauf entspricht bekannten Konstruktionen, so daß auf eine Darstellung von Einzelheiten hier verzichtet werden kann. Während des Normalbetriebes wird der Reaktor mittels Absorberstäben

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6 geregelt, die auf und nieder bewegt werden und zum Abschalten des Reaktors in die Kugelschüttung eingefahren werden können. Für den Fall eines Versagens bei dieser Abschaltvorrichtung können aus hier nicht dargestellten Behältern, z. B. ebenfalls über die Rohre 11 Kugeln aus einem neutronenabsorbierenden, z. B, borhaltigen Material in den Behälter gegeben werden. Da die Absorberkugeln wesentlich kleiner als die Brennelemente sind,_verteilei sie sich in der Kugelschüttung 1 und

schalten den Reaktor so ab. Zum späteren Wiederanfahren des Reaktors werden die Absorberkugeln ebenfalls am unteren Ende des Behälters abgezogen. Hierzu ist es erforderlich, daß die insbesondere im kalten Zustand auftretenden Spalte zwischen den einzelnen Bodensteinen 31 so klein bleiben, daß die Absorberkugeln nicht in sie gelangen können. Dazu sind die Bodensteine 31 und die Seitenwandsteine 21 an ihrer dem Boden zugewandten Seite mit Nuten versehen, die in einem regelmäßigen Dreieckraster angeordnet sind (in Figur 2 strichpunk~

2ü tiext dargestellt). In die Nuten eingeführte Paßfedern

311 oder an die Bodensteine 31 angeformte Vorsprünge

312 sorgen dafür, daß jeder der Bodensteine 31 auch

bei wiederholter Ausdehnung und anschließendem Zusammenziehen seinen genauen Platz im Bodenverband beibehält.

Die geometrische Form ähnelt derjenigen, wie sie bereits in der FR-PS 1 214 246 für Moderatorblöcke vorgeschlagen wurde, denen dadurch sowohl eine Wärmedehnung als auch ein ungehindertes Wigner-Wachstum ermöglicht werden sollte. Zur Vermeidung von StrömungsVerlusten durch die Spalte wird dort allerdings Wert darauf gelegt, daß sich diese Spalte im Betrieb völlig schließen. Dies ist hier nicht der Fall, vielmehr sollen die Spalte zwischen den einzelnen Bodensteinen 31 auch im Betrieb erhalten bleiben, um die Berührung zwischen

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ihnen auf die definierten Anlageflächen der Paßfedern 311 bzw. Vorsprünge 312 zu begrenzen. Die im oberen Teil der Figur 3 dargestellte Form der Bodensteine 31 erlaubt es diese mit einem Mindesmaß an Materialverlust aus einem zylindrischen Rohling herzustellen. In den mit a, b, c bzw. d bezeichneten Sektoren der Figur 2 sind verschiedene Möglichkeiten des Übergangs von der unregelmäßigen Innenkontur der Seitenwand auf die möglichst gleichmäßige Außenkontur dargestellt. Letzteres ist deshalb notwendig, damit sich der Behälter über Stempel 41 (die auch federnd sein können) auf einer metallischen Stützkonstruktion 4 abstützen kann . In dem Sektor a verlaufen die Trennfugen zwischen den einzelnen Seitenwandsteinen 21 jeweils von einer einspringenden Ecke der Innenkontur aus radial nach außen. Dies hat den Nachteil, daß die Teilung der Außenkontur unregelmäßig wird. Im Sektor b ist deshalb um einen Innenring aus Steinen 21 ein Außenring aus Steinen 22 gelegt, wobei letzterer eine regelmäßige Teilung aufweist. Die Steine der beiden Ringe sind über radial angeordnete, in entsprechende Nuten passende Paßfedern oder Vorsprünge 221 miteinander verzahnt. Bei allerdings erhöhtem baulichen Aufwand ist hier der Übergang am günstigsten gelöst. Im Sektor c sind die Trennfugen von einer re-5 gelmäßigen Teilung der Außenkontur aus ausgehend radial nach innen gezogen, was zwar die einfachste Formgebung für die Seitenwandsteine 21 ergibt, aber auch dazu führen kann, daß die Trennfugen an ungünstigen Stellen, z. B. im Bereich einer Nut auf die Innenkontur treffen.

im Sektor d schließlich verlaufen die Trennfugen von einer regelmäßig unterteilten Außenkontur zu den einspringenden Ecken der Innenkontur. Dies kann wiederum dazu führen, daß die einzelnen Seitenwandsteine 21 nicht die erwünschte Meilform erhalten. Bei der Montage,

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d. h. im kalten Zustand sind Spalte zwischen den einzelnen Seitenwandsteinen 2 3 vorhanden, die sich beim Erreichen der Betriebstemperatur geschlossen haben, so daß ein dichter Behälter mit nur tangentialen Druckspannungen gebildet wird. Der gesamte Reaktor ist in einer Kaverne innerhalb einer abschirmenden Betonstruktur 5 angeordnet.

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Claims

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Hochtemperaturreaktor-Technik mbH D-5O6O Bergisch Gladbach 1

Behälter für Kugelhaufenreaktor Ansprüche - ·■

(Λ/ Behälter für einen gasgekühlten Hochteniperatur-Kugelhaufen-Kernreaktor, bestehend aus einer aus einzelnen segmentförmigen Steinen zusammengesetzten Seitenwand und einem aus einzelnen prismatischen Steinen zusammengesetzten Boden, wobei im kalten Zustand zwischen den Steinen der Seitenwand Spalte vorhanden sind, die sich bei Erreichen der Reaktorbetriebstemperatur schließen, mit folgenden Merkmalen:

a) Die Bodensteine (31) sind untereinander und mit den Seitenwandsteinen (21) durch in entsprechenden Nuten der Steine angeordnete Paßfedern (311) oder Vorsprünge (312)verbunden.

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b) Nuten und IMßfedom (Jl 1) bzw. Vorsprünge ( 312) sind in senkrechten Ebenen angeordnet, die ein regelmäßiges Vieleckraster bilden.

c) Die Spalte zwischen den Bodensteinen(31)und zwischen diesen und den Seitenwandsteinen(21) schließen sich auch bei Betriebstemperatur nicht ganz,
2. Behälter nach Anspruch 1 mit folgenden M e r k malen:

a) Die Bodensteine(31)sind sechseckig.

b) Das Raster der Nuten und Paßfedern (311) bzw. Vor-Sprünge Ö12)ist dreieckig.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2 mit folgenden Merkmalen:

a) Der Boden (3) wird nur aus ganzen Steinen (31) gebildet.

b) Die Seitenwand (2) ist an ihrer Innenseite der

Kontur des Bodens (3) angepaßt. 25
4. Behälter nach einem oder mehreren der Ansprüche. 1 bis 3 mit folgenden Merkmalen:

a) Die Teilung zwischen den einzelnen Seitenwandsteinen Ö1)verläuft von jeweils einer einspringenden Ecke der Innenkontur aus radial nach außen.

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5. Behälter nach Anspruch 4 mit folgenden Merkmalen;

a) Die Seitenwand (2)ist in zwei konaentrische Ringe geteilt.

b) Der äußere Ring ist in regelmäßige Sektoren geteilt.

c) Die Steine des Innenringes (21) sind mit den Steinen des Außenringes (22) über in entsprechenden radialen Nuten angeordnete Paßfedern (221) verbunden.
6. Behälter nach einem oder mehreren der Ansprüche l-> 1 bis 3 mit folgendem Merkmal:

a) Die Teilung zwischen den einzelnen Seitenwandsteinen (21) verläuft radial in regelmäßigen Abständen.
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7. Behälter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 mit folgendem Merkmal:

a) Die Teilung zwischen den einzelnen Seitenwandsteinen (21) verläuft von jeweils einer einspringenden Ecke der Innenkontur zu jeweils einem Punkt einer regelmäßigen Teilung der Außenkontur.

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