DE2942567A1

DE2942567A1 - Behaelterboden fuer kugelhaufenreaktor

Info

Publication number: DE2942567A1
Application number: DE19792942567
Authority: DE
Inventors: Gerhard 5060 Bergisch Gladbach Hantel; Manfred Dipl.-Ing. 5000 Köln Naujoks
Original assignee: Ght Hochtemperaturreak Tech
Current assignee: Ght Hochtemperaturreak Tech
Priority date: 1979-10-22
Filing date: 1979-10-22
Publication date: 1981-04-30
Also published as: US4383325A; JPS5666796A

Description

GHT 24.413.4

Gesellschaft für

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

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bodenkonstruktion für den Brennelementbehälter eines gasgekühlten Kugelhaufenreaktors. In derartigen Reaktoren ruht auf dem Boden eine Schüttung aus zahlreichen kugelförmigen Brennelementen; die Zufuhr frischer Brennelemente erfolgt aiii oberen Ende der Schüttung, während verbrauchte Brennelemente am unteren Ende über eine oder mehrere trichterförmige Öffnungen abgezogen werden. Um der hohen Heißgastemperatur von beispielsweise 950 C wiederstehen zu können, ist der Boden aus Graphit in Form zahlreicher nebeneinander und wo erforderlich auch übereinander gestapelter Blöcke hergestellt. Um das Auftreten schädlicher Druckspannungen zu verhindern, werden die Blöcke so dimensioniert, daß sich die im kalten Zustand zwischen ihnen befindlichen Spalte bei Betriebstemperatur gerade schließen.

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Wiri der Reaktor abgeschaltet, öffnen sich die Spalte erneut. Mit fortschreitender Betriebszeit des Reaktors zunehmend ist darüberhinaus mit der Bildung etwa keilförmiger Spalte an der Oberfläche der Blöcke zu rechnen, die durch die Schrumpfung des Graphits unter Neutronenbeschuß hervorgerufen werden und sich nfcht wieder zurückbilden. Die Breite dieser Spalte ist zwar geringer als der Durchmesser der Brennelemente, doch können sich in den Spalten Bruchstücke zerstörter Brennelemente oder etwa vom Seitenreflektor des Druckbehälters abgebröckelte Teile festsetzen. Beim erneuten Aufheizen des Reaktors behindern diese Bruchstücke das Schließen der Spalte zwischen den Blöcken. Dieser Umstand wurde bislang hingenommen, da es sich um nur selten auftretende Ereignisse handelt.

Um über ein zweites vom ersten unabhängiges System zur Abschaltung von Kugelhaufenkernreaktoren zu verfügen, ist vorgeschlagen worden, oberhalb des Reaktors einen Behälter anzuordnen, der mit Kugeln aus einem neutronenabsorbierenden Material gefüllt ist. Beim etwaigen Versagen der ersten Abschaltvorrichtung fallen diese Kugeln, die kleiner als die Brennelementkugeln sind durch die Schwerkraft beschleunigt in die Kugelschüttung und riesein in diese hinein. Um den Reaktor nach Behebung der Störung wieder anfahren zu können, werden die kleinen Absorberkugeln dazu gebracht, sich am Boden des Behälters zu sammeln (z. B. durch ein gewisses "Aufrühren" der Kugelschüttung mit Hilfe der Absorberstäbe des ersten Abschaltsystems), und werden dann über die Brennelementabzugsvorrichtung entfernt. Hier besteht nun die Gefahr, daß sich zahlreiche Absorberkugeln bei kaltem Reaktor in den Spalten zwischen den Blöcken festsetzen und nicht mehr daraus zu entfernen sind. Das

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weitere Vorhandensein neutronenabsorbierenden Materials im Reaktor ist dazu geeignet, die nuklearphysikalischen Verhältnisse am unteren Rand der Kugelschüttung in nachteiliger, kaum vorher abzuschätzender Weise zu beeinflussen; die Absorberkugeln behindern darüberhinaus wie die oben bereits angeführten Bruchstücke die spätere Wärmedehnung der Blöcke.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Bodenkonstruktion, die die genannten Nachteile vermeidet und den Einsatz von kleinen neutronenabsorbierenden Kugeln für die Abschaltung des Reaktors ermöglicht.

Gelöst wird die Aufgabe durch im kennzeichnenden Teil ¹S des ersten Anspruchs angegebenen Merkmale. Ähnlich wie bei einem Ziegeldach deckt der Vorsprung des jeweils höheren Blockes den Spalt zwischen den Blöcken ab. Diese Abdeckung bleibt auch bei Temperatur- oder Neu-

tronenflußinduzierten Schrumpfen der Blöcke erhalten. 20

Das im zweiten Anspruch angegebene Merkmal löst ein weiteres Problem, das im Zusammenhang mit der Verwendung kleiner Absorberkugeln auftritt. Die Kugelschüttung wird von oben nach unten von einem Kühlgas, ζ. Β. Helium 5 durchströmt, das über zahlreiche im Boden angeordnete Kanäle abströmt. Die Öffnungen dieser Kanäle sind zweckmäßigerweise schlitzförmig ausgebildet, um ein Verstopfen der Kühlkanäle durch die Absorberkugeln zu vermeiden, wie es bei einer Ausbildung der Kanäle als

^O zylindrische Bohrungen auftreten könnte. Die Breite der Schlitze ist geringer als der Durchmesser der Absorberkugeln, so daß diese nicht in die Kanäle fallen können. Bei einem einfachen Einschnitt in der Blockoberfläche entsteht am tiefen Ende der Öffnung eine Art Mulde, in der eine kleine Absorberkugel liegen bleiben kann, mit den oben angeführten nachteiligen Wirkungen.

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Die Abschrägung der Öffnung bewirkt, daß die Kugel in jedem Falle weiter in Richtung auf den tiefsten Punkt des Boden rollt.

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

Figur 1 einen Längsaxialschnitt durch einen Kugelhaufenreaktor,
Figur 2 in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus der Bodenkonstruktion

Figur 3 die Draufsicht auf den Ausschnitt der Figur 2 und

Figur 4 die Ansicht aus der Richtung Z desselben ausschnittes.

Die Zeichnung zeigt einen Brennelementbehälter 1, der weitgehend mit einer Schüttung 2 einer Vielzahl von kugelförmigen Brennelementen 21 gefüllt ist. (Diese sind in der Fig. 1 in stark übertriebener Größe dargestellt) Der Behälter 1 ist aus einer Vielzahl von einzelnen Graphitblöcken 11 aufgebaut, desgleichen der Behälterboden 3. Dieser ist im Grundsatz trichterförmig ausgestaltet, doch verlaufen über die Kegelfläche des Trichters radial abwechselnd nach der einen oder anderen Seite geneigte Flächen. Aufgebaut wird der Boden aus drei Grundtypen von Einzelblöcken,und zwar aus Firstblöcken 3 3 und Traufenblöcken 31 mit jeweils zwei konvex bzw. konkav zueinander geneigten Flächen und dazwischen angeordneten gewöhnlichen Blöcken mit nur einer geneigten Fläche an ihrer Oberseite. In ähnlicher Weise wie bei einem Ziegeldach" ragt der Firstblock 32 mittels eines angeformten Vorsprunges 331 über den tiefer liegenden gewöhnlichen Block 32 aus. Ein hier übertrieben groß dargestellter Spalt zwischen beiden Blöcken wird so nach oben abgedeckt. Der gewöhnliche Block 32 ragt in ähnlicher Weise mit einem Vorsprung 321 über den nächst

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niedrigeren Block, derselben Art vor und der letzte derselben schließlich über den Traufenblock 31. Aus ähnlichen einander überlappenden Blöcken ist auch ein in der Mitte des Behälterbodens angeordneter Fließkegel 5 aufgebaut, der auf seinen Umfang verteilt Abzugsöffnungen 51 aufweist, durch die die verbrauchten Brennelemente 21 abgezogen werden können. Der boden 3 wird durch eine Vielzahl von Kanälen mit Öffnungen 41 durchsetzt, durch die das von oben nach unten strömende und in der Kugelschüttung 2 aufgeheizte Kühlgas, ζ. Β. Helium den Reaktor verlassen kann, un hier nicht dargestellten wärmeverbrauchenden Anlageteilen zugeführt zu werden. Die Kanäle verlaufen schräg durch den Boden 3 und sind daher in der Zeichnung nicht in ihrer gesamten Ausdehnung sichtbar. Die Öffnungen 41 sind an ihrer jeweils niedrigeren Seite mit einer Abschrägung 411 versehen, deren Außenrand niedriger liegt als der Innenrand. Auf der so gebildeten Schräge können auch kleine Absorberkugeln 22 (in Fig. 1 ebenfalls übertrieben groß dargestellt) abrollen, wie sie zur Abschaltung des Reaktors in die Kugelschüttung eingebracht werden können. Die Absorberkugeln rieseln zunächst durch die Kugelschüttung 2 hindurch und sammeln sich am Boden 3, von wo aus sie ebenfalls über die Kugelabzugsöffnungen 51 entfernt wer-5 den können, wenn der Reaktor wieder angefahren werden soll.

Jeweils vier der im Grundriß etwa trapezförmigen Blöcke 31, 32, 33 treffen an einem Punkt zusammen. Dabei befinden sich die in einer Diagonale gegenüberliegenden Blöcke auf jeweils gleicher Höhe, während die Oberflächen der beiden in der anderen Diagonalen einander gegenüberliegenden Blöcke durch den doppelten Höhenabstand getrennt sind, wie er zwischen direkt benachbarten Blöcken auftritt.

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Claims

GHT 24.413.4 Gesellschaft für Hochtemperaturreaktor-Technik mbH D-5O6O Bergisch Gladbach 5 Behälterboden für Kugelhaufenreaktor Schutzansprüche

1. Behälterboden für einen gasgekühlten Kugelhaufenreaktor, bestehend aus zahlreichen nebeneinanderliegenden Blöcken mit geneigten Oberseiten, mit folgenden Merkmalen :

a) Unmittelbar benachbarte Blöcke (31, 32, 33) sind verschieden hoch.

b) Der jeweils höhere Block (32, 33) ragt mit einem Vorsprung (321, 331) über den jeweils niedrigeren Block (31, 32) vor.

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c) Die Vorsprünye (321), (331) sind breiter als die während des Reaktorbetriebes zwischen den Blöcken (31, 32) bzw. (32, 33) sich bildenden Spalte.

2. Behälterboden nach Anspruch 1 mit Öffnungen für den Durchtritt eines Kühlfluids für einen Kernreaktor, in den zur Verminderung seiner Reaktivität Kugeln aus einem neutronenabsorbierenden Material eingebracht werden können, wobei die Breite der Öffnungen geringer als der Durchmesser der Absorberkugeln ist, mit folgendem Merkmal :

a) Die Öffnungen (41) sind an ihrer tiefgelegenen Seite mit einer Abschrägung (411) versehen, deren äußerer Rand tiefer liegt als der innere.

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