DE2931729C2

DE2931729C2 - Einrichtung zur Aufnahme des geschmolzenen Kerns eines flüssigkeitsgekühlten Kernreaktors nach einem Störfall und Verwendung der Einrichtung

Info

Publication number: DE2931729C2
Application number: DE2931729A
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr.-Ing. 6840 Lampertheim Schwantes
Original assignee: Brown Boveri Reaktor 6800 Mannheim GmbH; Brown Boveri Reaktor GmbH
Current assignee: ABB Reaktor GmbH
Priority date: 1979-08-04
Filing date: 1979-08-04
Publication date: 1982-11-25
Also published as: DE2931729A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufnahme des geschmolzenen Kerns eines flüssigkeitsgekühlten Kernreaktors nach einem Störfall, wobei der Reaktorkern in einem Druckbehälter angeordnet ist, der von einer die Kaverne bildende Betonstruktur umgeben ist, deren Boden mechanisch schwächer ausgebildet ist als ihre Seitenwände, wobei sich der Druckbehälter und die Betonstruktur innerhalb eines Sicherheitsbehälters befinden und wobei unterhalb des Bodens der Kaverne ein Schacht angeordnet ist.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-AS 27 34 810 bekannt. Nach dieser Schrift wird die Kernschmelze von einer Auffangwanne aufgenommen, die auf der Höhe oder unterhalb der Fundamente der Kernreaktoranlage angeordnet ist und deren Seitenwände und Boden aus Beton bestehen bzw. besteht. Die Betonmasse von Seitenwänden und Boden ist dabei so dimensioniert, daß eine ausreichende Kühlung des geschmolzenen Materials durch aufschmelzende Betonmassen gewährleistet ist

Dabei ist nicht auszuschließen, daß der größte Teil der Wärme im Sicherheitsbehälter erhalten bleibt und von dort abgeführt werden muß. Darüber hinaus führt das Aufschmelzen der Betonmassen der Auffangwanne, durch das Freisetzen des im Beton gebundenen Wassers als Dampf, zu unerwünschten Druckerhöhungen innerhalb der Sicherheitshülle. Außerdem ist die Beseitigung der erstarrten Schmehe problematisch und gefahrvoll, da sie mechanisch schwer bearbeitbar und über viele Jahre radioaktiv ist

In der älteren DE-OS 28 40 086 ist eine Auffangvorrichtung für den geschmolzenen Kern beschrieben, bei dem die Verbindung zwischen dem Kern und einer Schmelzgrube auch während des Normalbetriebs der Anlage offen ist Die dadurch entstehende Öffnung im Sicherheitsbehälter beeinträchtigt seine bestimmungsgemäße Funktion. In der Schmelzgrube, deren Stahlwand wassergekühlt ist, ist ein ebenfalls mit einer Wasserkühlung versehenes Strahlungsschild angeordnet Versagt die Wasserkühlung b*t den extremen Temperaturbedingungen, so ist ein Durchschmelzen der Stahlwand der Schmelzgrube mit seinen nachteiligen Folgen für das Grundwasser nicht auszuschließen.

Aus der GB-PS 14 20 589 ist eine Kernreaktoranlage bekannt, bei der ein Schmelzen des Kerns verhindert werden soll. Tritt eine unzulässige Überhitzung des Kerns auf, so wird eine die Kontrollstäbe tragende Platte zusammen mit dem mittlerweile darauf aufgesetzten Kern in einen Schacht fallen, der mit einer absorbierenden und kühlenden Flüssigkeit gefüllt ist. Über zwei schräg zum Schacht hinführende Stollen werden Betonriegel herangeführt, die den von einer Kühlflüssigkeit umgebenen Kern nach oben abschirmen. Eine Kernschmelze ließe sich mit einer derartigen Einrichtung nicht beherrschen, da beim Kontaktieren der Schmelze mit der Flüssigkeit eine heftige Verdampfungstätigkeit einsetzen würde. Die erfolgreiche Kühlung der Schmelze wäre in Frage gestellt.

Ferner ist in der US-PS 41 46 429 eine Einrichtung zur Aufnahme einer Kernschmelze beschrieben, bei der die Schmelze in eine Vielzahl von Kanälen geleitet wird und von da aus ihre Wärme an die umgebende Struktur abgibt. Die Eingänge der einzelnen Kanäle sind mit einem Pfropfen aus leicht schmelzbarem Metall, wie z. B. Blei, verschlossen. Treten aus irgend einem Grunde vor Erreichen der unteren Verzweigungen in dem Kanalsystem Verstopfungen auf, so kann die nachfolgende Schmelze nicht mehr aufgenommen werden und bildet eventuell einen unkontrollierten Schmelzensee oberhalb der Einrichtung.

Die Erfindung geht einen anderen Weg als der aufgezeigte Stand der Technik und macht sich zur Aufgabe, eine Einrichtung zur Aufnahme des geschmolzenen Kerns anzugeben, die weder ein Kühlsystem benötigt noch eine unzulässige Druckerhöhung im Sicherheitsbehälter hervorruft und bei der eine Beseitigung uer erstarrten Schmelze nicht erforderlich ist

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäil dadurch, daß die Sohle djs Schachtes bis in grundwasserfreie Erdsobkbrifi reicht, die nach oben durch Wassersperrschichten abgegrenzt sind.

Nach dem Durchschmelzen des Bodens fällt die Kernschmelze also so tief ins Erdinnere daß eine Gefährdung der Biosphäre durch die radioaktiven Spaltprodukte der Kernschmelze ausgeschlossen ist. Die Wärme der Schmelze wird fast restlos an das Gestein des Sohlenbereiches abgegeben und führt zu keiner gefährlichen Aufheizung der Sicherheiitsbehäheratmosphäre.

Im Bereich der Sohle besitzt der einen Durchmesser von 3 bis 5 m aufweisende Schacht einen größeren Querschnitt, damit die Wärme der Schmelze schneller an das umgebende Gestein abgegeben wird.

Die Pfeile 14 sollen die Abgabe der Wärme symbolisieren. Zur Optimierung des Schmelzenabflusses ist die Kaverne zum Boden 10 hin trichterförmig ausgebildet und der Öffnungsquerschnitt des Schachtes 12 kegel-oder pyramidenstumpfförmig an den Boden 10 herangeführt. Ein Teilbereich der Sicherheitshüüe 5 ist in den Boden 10 integriert Die Tiefe des Schachtes wird danach bemessen, daß geologische Schichten an der Sohle 13 des Schachtes 12 angetroffen werden, die keinerlei Grundwasser führen und durch Wassersperrschichten 15 gegenüber den Grundwasser führenden Schichten 7 nach oben abgegrenzt sind. Als Wassersperrschicht eignet sich am besten eine geologisch gewachsene Sperrschicht die gegebenenfalls durch einen Injektionsschleier verstärkt ist. Injektionen sind bekanntlich Einpressungen von flüssigem Beton oder sonstigen punipfähigen Verfestigungs- und Dichtungsmitteln unter hohem Druck in die vorhandenen Hohlräume des Gesteins um dessen Wasserdu.xhlässigkeit zu unterbinden. Derartige Injektionsschleier 16 können den unteren Teil des Schachtes 12 bis zur Wassersperrschicht 15 umschließen, um eine zusätzliche Sicherheitsbarriere zu erhalten. Auch die Sohle 13 und der in diesem Bereich vergrößert ausgeführte Schachtquerschnitt lassen sich erforderlichenfalls durch Injektionen abdichten. Die Wände des Schachtes 12 sind mit so einer Stahlbeton-Verbundauskleidung versehen, die aus einem äußeren Stahlblechmantel 17 und einem inneren Stahlbetonzylinder 18 besteht. Der Raum zwischen dem Stahlblechmantel und dem umgebenden Erdreich ist mit einer Bitumenmasse 19 gefüllt. Damit wird ein unbeabsichtigter Kontakt der Grundwasser führenden Schichten 7 mit der an der Sohle des Schachtes liegenden Schmelze 21 verhindert. Die Stahlbeton-Verbundauskleidung ist aus einzelnen gelenkig miteinander verbundener, Schüssen 20 hergestellt, so daß der Schacht sich eventuellen Erdbewegungen anpaßt. Sobald die Kernschmelze erkaltet ist, wird der Schacht in an sich bekannter Weise mit Beton verschlossen.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wurde eine passive Sicherheitseinrichtung geschaffen, die im Rille eines Kernschmel*un^falles die Kernschmelze ohne Schädigung der Biosphäre aufnimmt.

Die universelle Einsetzbarkeit acc Einrichtung ist dadurch gegeben, daß nai.h Abiaüf de; -Li=siirorTH;i5?s?e-">r;Qen Betriebszeit des iteakv ^f" άνχ Ζάιζ-Άιΐ zur

schwer transportfähigen kontaminierten Bauteilen verwendet wird.

TV.o Schmelze frißt sich bis zu ihrer Erkaltung in das Gestein des Sohlenbereiches. Eine eventuelle Dampfbildung wird sich an der Schachtwand niederschlagen und somit keine Druckerhöhung im Sicherheitsbehälter hervorrufen. Die problematische und gefahrvolle Beseitigung der erstarrtefi Kernschmelze ist nicht erforderlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Nach Ablauf der bestimmungsgemäßen Betriebszeit des Reaktors läßt sich der Schacht zur Aufnahme von schwer transportfähigen kontaminierten Bauteilen verwenden.

Anhand e>nes Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung wird die vorgeschlagene Einrieb'ung beschrieben.

Der den Kernbrennstoff enthaltende Druckbehälter 1 ist von einer Betonstruktur 2 umgeben, wodurch die Kaverne 3 gebildet ist. Außerhalb der Betonstruktur befinden sich die inneren Ringräume 4, die nach einem Kühlmittclverluststörfall mit Flutwasser gefüllt sind. Die Reaktoranlage ist von einer Sicherheitshülle 5 aus Stahl umgeben, die auf einem Fundament 6 ruht. Das Fundament ist von Grundwasser führenden Erdschichten 7 umgeben. Nach oben setzt sich dar, Fundament in einer Betonhülle 8 fort, welche die Sicherheitshülle 5 und die äußeren Ringräume 9 einschließt Der Boden 10 der Betonstruktur ist mechanisch schwächer ausgebildet als ihre Seitenwände 11, so daß im Falle eines Kernschmelz-Unfalles der Boden 10 als Sollbruchstelle dient Bei einem solchen Störfall wird sich die Schmelze in der Kaverne 3 sammeln. Bevor die Schmelze die Betonseitenwände der Kaverne aufschmilzt und eine ungewollte Verbindung zu dem in den inneren Ringräumen stehenden Flutwasser herstellt, wird der Boden als schwächste Stelle der Betonstruktur aufgeschmolzen sein, so daß die Schmelze einen ca. 1000 m tiefen Schacht 12 hinunterstürzt und an dessen Sohle 13 zu liegen kommt.

Bezugszeichenliste

1 Druckbehälter

2 Betonstruktur

3 Kaverne
4,9Ringräume

5 Sicherheitshülle

6 Fundament

7 Erdschichten

8 Betonhülle

10 Boden

11 Seitenwand

12 Schacht

13 Sohle

14 Pfeile

15 Wassurspei rschicht

16 Injektionsschleier

17 Stahlblechmantel

18 Stahibetonzylinder

19 Bitumenm?^<;se
1 ? 20Schü5s·.

2\ Schmolz

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Einrichtung zur Aufnahme des geschmolzenen Kerns eines flüssigkeitsgekühlten Kernreaktors bei einem Störfall, wobei der Reaktorkern in einem Druckbehälter angeordnet ist, der von einer die Kaverne bildende Betonstruktur umgeben ist, deren Boden mechanisch schwächer ausgebildet ist als ihre Säitenwände, wobei sich der Druckbehälter und die Betonstruktur innerhalb eines Sicherheitsbehälters befinden und wobei unterhalb des Bodens der Kaverne ein Schacht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohle (13) des Schachtes (12) bis in grundwasserfreie Erdschichten reicht, die nach oben durch Wassersperrschichten (15) abgegrenzt sind.

Z Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wand des Sicherheitsbehälters (5) im Boden (10) integriert ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaverne (3) zum Boden (10) hin trichterförmig ausgebildet ist

4. Einrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der Öffnungsquerschnitt des Schachtes kegel- oder pyramidenstumpfförmig an den Boden (10) herangeführt ist

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als Wassersperrschicht (15) eine geologisch gewachsene Schicht verwendet ist

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß die Wassersperrschicht (15) durch Injekticnsschleier gebildt. oder verstärkt ist

7. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht im Be- ;ich seiner Sohle (13) einen größeren Querschnitt aufweist als der restliche Schacht

8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohle und die Wände des vergrößerten Querschnitts mit Hilfe von Injektionsschleiern abgedichtet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Schachtes mit einer Stahlbeton-Verbundauskleidung versehen sind, die aus einem äußeren Stahlblechmantel (17) und einem inneren Stahlbetonzylinder (18) besteht.

10. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht aus einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Schüssen (20) hergestellt ist.

I1. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen der Mantelfläche des Schachtes und dem umgebenden Erdreich mit einer Bitumenmasse (19) gefüllt ist.

12. Einrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Wassersperrschicht (15) der Schacht von Injektionssclileiern (16) umgeben ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf der bestimmungsgemäßen Betriebszeit des Reaktors der Schacht zur Aufnahme von schwer transportfähigen Bauteilen verwendbar ist.