DE3042552A1 - Seitenreflektor fuer eine gasgekuehlte kernreaktoranlage - Google Patents

Description

• Seitenreflektor für eine gasgekühlte Kernreaktoranlage
• Die Erfindung betrifft einen Seitenreflektor für eine gasgekühlte Kernreaktoranlage mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, der als ein vertikal angeordneter Hohlzylinder ausgebildet ist, der aus miteinander verbundenen Reflektorsteinen besteht, dessen Innenwand den Reaktorkern umgibt und der in seinem unteren Bereich durch einen in den Hohlzylinder hineinragenden Bodenreflektor abgeschlossen ist und der sich über mehrere Stützelemente am thermischen Schild bzw. am Liner abstützt.
• Bei Kernreaktoranlagen mit kugelförmigen Brennelementen haben die Graphiteinbauten mehrere Aufgaben zu erfüllen, die teilweise von denen der Moderatoraufbauten in üblichen graphitmoderierten Kernreaktoren abweichen. Sie haben z.B. kernphysikalisch als Reflektor zu wirken, das heiße Gas durch den Reaktorkern zu führen und die im Reaktor vorhandenen Eisenkonstruktionen vor Neutronen- und 6~-Strahlungen zu schützen. Vor allem aber bilden sie den Aufnahmeraum für die kugelförmigen Brennelemente, die dem Kern oben zugegehen und unten abgezogen werden. Um diese verschiedenen Aufgaben erfüllen zu können, müssen die Graphiteinbauten physikalisch stabil ausgebildet sein, was durch die eingangs beschriebene Konstruktion und eine sorgfältige Auswahl des Werkstoffes (Graphit, Berilium) erreicht werden kann. Die hierbei auftretenden Probleme - die mechanische Beanspruchung des Graphits oder seine temperaturbedingte Veränderungen im Laufe des Reaktorbetriebes - sind allen Kernreaktoren mit Graphiteinbauten gemeinsam, und zu ihrer Überwindung ist eine Reihe von Lösungsvorschlägen gemacht worden. Speziell bei Kernreaktoren mit kugelförmigen Brennelementen tritt jedoch ein zusätzliches Problem auf, das mit dem Fließverhalten der Brennelemente bei ihrem Durchgang durch den Reaktorkern zusammenhängt und auf einer ganz anderen Ebene liegt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Kernreaktoren mit einem zylindrischen Hohlraum für die Schüttung der Brenn-elemente die Brennstoffkugeln in den Randzonen der Schüttung sehr stark abgebremst werden. Dies hat zur Folge, daß sich über dem gesamten Reaktor ein ungleichmäßiger Abbrand von Brennelementen einstellt, was wiederum die Leistung des Reaktors ungünstig beeinflußt. Durch eine Reihe von Versuchen wurde herausgefunden, daß für das Abbremsen der Brennstoffkugeln in den an den Reflektor angrenzenden Zonen ein Effekt verantwortlich zu machen ist, der sich am besten als "Ordnungseffekt" bezeichnen läßt. Dieser Effekt besteht darin, daß sich in den Randschichten der Schüttung eine regelmäßige Ordnung der Brennstoffkugeln aufbaut, daher die Randzone der Kugelschüttung nimmt im Laufe des Reaktorbetriebes eine völlig reguläre Anordnung ein, die sich etwa bis zur vierten oder fünften Kugellage in den Reaktorkern hinein erstreckt und sich auf dem Umfang des zylinderartigen Reflektors fortsetzt. Das Ergebnis dieser sich mit fortsc;eitender Betriebsdauer ausbildenden Ordnung ist die extreme Verlangsamung der Randkugeln.
• In der Offenlegungsschrift 2 354 540 wurden bereits Maßnahmen vorgeschlagen, durch die der besagte Effekt im wesentlichen beseitigt werden kann. Hierbei werden in die dem Reaktorkern zugewandten Flächen der Reflektorsteine muldenartige Vertiefungen vorgesehen, was jedoch aufwendig ist und eine zusätzliche Bearbeitung der Reflektorsteine erfordert.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entstehung einer regelmäßigen Ordnung der Kugelschüttung an ihrer Begrenzung durch den Seitenreflektor auf einfache Weise ohne zusätzliche Bearbeitung der an sich bekannten Reflektorsteine zu verhindern.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abstände zwischen der Mittelachse des Reaktorkerns und den die Seitenreflektor-Innenwand bildenden Reflektorsteinen variieren.
• Im wesentlichen besteht die Erfindung darin, daß die einzelnen die Seitenreflektor-Innenwand bildenden Reflektorsteine, die vorzugsweise als Pyramidenstümpfe mit verschiedenen Höhen ausgebildet werden, in radialer Richtung des Cores unterschiedliche Längen aufweisen. Besonders einfach kann die systematische Anordnung der Brennelementen-Schüttung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung vermieden werden, wenn die Seitenreflektor-Innenwand in Form eines Schachbrettmusters ausgebildet ist, wobei die Abstände zwischen der Mittelachse des Cores und den sich über Eckpunkte berührenden Reflektorsteinen gleich sind und die Differenz zwischen den Abständen zur Hauptachse des Reaktorkerns zweier nebeneinander angeordneter und in einer horizontalen Ebene liegender Reflektor- steine etwa ein Viertel bis eine Hälfte, vorzugsweise ein Drittel, des Kugeldurchmessers eines Brennelementes beträgt.
• Die dem Reaktor kern zugewandten Flächen der Reflektorsteine (Graphitblöcke) haben etwa quadratische Form. Um die Beanspruchung der Kanten und Ecken der Reflektorsteine durch die Brennelementenkugeln möglichst klein zu halten, werden die Kanten und Ecken an den Trennfugen zwischen den einzelnen Reflektorsteinen erfindungsgemäß abgerundet bzw. unter einem Winkel von 45" angefast.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor.
• Hierbei zeigen Fig. 1 einen Reaktorkern im Längsschnitt, Fig. 2 einen Reflektorstein, Fig. 3 einen längeren Reflektorstein, Fig. 4 Teil einer Seitenreflektor-Innenwand in Form eines Schachbrettmusters, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 4.
• Die Fig. 1 läßt den Reflektor 1 eines Kernreaktors erkennen, der aus dem Seitenreflektor 2, dem Deckenreflektor 3 und dem Bodenreflektor 4 besteht und einen zylindrischen Reaktorkern 5 umschließt, der der Aufnahme von kugelförmigen Brennstoffelementen 6 dient. Der Seitenreflektor 2 besteht aus einem inneren Zylindermantel 8 und einem äußeren Zylindermantel 9, der den inneren Zylindermantel 8 umgibt. Der innere Zylindermantel 8 ist aus vertikalen Säulen aufgebaut, die jeweils aus 250 mm hohen Graphitblöcken 7, 7a, 24 zusammen- gesetzt sind. Der äußere Zylindermantel 9 besteht aus mehreren vertikalen Säulen , die ebenfalls aus Reflektorsteinen 10 aufgebaut sind. Innerhalb der Säulen sind die Reflektorsteine 7, 7a, 24 (und die Reflektorsteine 10) gegeneinander durch Dübel 11 fixiert, die Blöcke 7, 7a, 24 des inneren Zylindermanteis 8 sind zusätzlich noch innerhalb der Ringlage durch Keile 12 miteinander verbunden. Durch die Gestaltung und eine sichere äußere Abstützung wird eine hohe Standsicherheit bei gleichzeitig großer Flexibilität des Aufbaus gewährleistet. Die Blöcke 10 des äußeren Zylindermantels 9 weisen Stützbolzen (nicht dargestellt) auf, über die horizontale Kräfte auf den thermischen Schild (nicht dargestellt) übertragen werden können, da der Seitenreflektor 2 nicht ausschließlich aufgrund seines Eigengewichtes die Rückdruckkräfte aus dem Kugelhaufen beim direkten Einfahren von Absorberstäben in den Kugelhaufen aufnehmen kann. Jede zweite Säule des inneren Zylindermantels 8 ist mit einer senkrechten Bohrung 13 für die Aufnahme eines Abschaltstabes versehen. Die inneren Reflektorsteine 7, 7a, 24 sind so ausgebildet, daß jeder zweite in horizontaler und vertikaler Richtung angeordneter Reflektorstein 7, 24 aus der Innenwand hinausragt und einen kleineren Abstand dl zur Mittelachse 14 des Reaktorkerns 5 aufweist. Die hinausragenden Reflektorsteine 7, 24 sind unter einem Winkel von 45" angefast. Der Bodenreflektor 4 ist nach innen um 30° geneigt und mündet in seiner Mitte in ein 800 mm weites Kugelabzugsrohr 15. Er ist überwiegend aus regelmäßigen Sechskantsäulen aufgebaut, die mit axialen Bohrungen für den Kühlgasdurchtritt versehen sind.
• Die Fig. 2 und 3 zeigen die Graphitblöcke 7a und 7 des inneren Zylindermantels 8 in Draufsicht. Die Bohrung 20 dient zur Aufnahme eines Dübels und die Bohrung 21 für die Aufnahme eines Abschaltstabes. Durch die Aussparung 22 werden die Graphitblöcke 7, 7a, 24 seitlich mittels Keile fixiert. Der in Fig. 3 dargestellte Graphitblock 7 ist um ca. 20 bis 25 mm länger als der in Fig. 2 gezeigte Graphitblock 7a. Die 20 bis 25 mm ist das Teil des Graphitblocks 7a, das in den Reaktorkern 5 hineinragt.
• Fig. 4 zeigt einen Teil X der Seitenreflektor-Innenwand 23 in Draufsicht, bei der die einzelnen Reflektorsteine 7, 7a, 24, 25, 28, 29 in Form eines Schachbrettmusters ausgebildet sind. Die sich über Eckpunkte 26, 27 berührenden Reflektorsteine 7, 25 bzw. 28, 29 haben gleichen Abstand zur Mittelachse 14 des Reaktorkerns 5.
• Der in Fig. 5 dargestellte Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 4 verdeutlicht den Abstand zweier die Seitenreflektorwand 23 bildender und übereinander angeordneter Reflektorsteine 24, 29 zur Mittelachse 14 (nicht dargestellt) des Reaktorkerns.

Claims (4)

1. A n s p r ü c h e Seitenreflektor für eine gasgekühlte Kernreaktoranlage mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, der als ein vertikal angeordneter Hohlzylinder ausgebildet ist, der aus miteinander verbundenen Reflektorsteinen besteht, dessen Innenwand den Reaktorkern umgibt und der in seinem unteren Bereich durch einen in den Hohlzylinder hineinragenden Bodenreflektor abgeschlossen ist und der sich über mehrere Stützelemente am thermischen Schild bzw. am Liner abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (dl,d2) zwischen der Mittelachse (14) des Reaktorkerns (5) und den die Seitenreflektor-Innenwand (23) bildenden Reflektorsteinen (7,7a,24) variieren.
2. 2. Seitenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenreflektor-Innenwand (23) in Form eines Schachbrettmusters ausgebildet ist, wobei die Abständc (dl, d2) zwischen der Mittelachse (14) des Reaktorkerns (5) und den sich über Eckpunkte (26,27) berührenden Reflektorsteinen (7,25; 28,29) gleich sind.
3. 3. Seitenreflektor nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Abständen (d2,dl) zur Mittelachse (14) des Reaktorkerns (5) zweier nebeneinander angeordneter und in einer horizontalen Ebene liegender Reflektorsteine (7a, 7) etwa ein Viertel bis ein Halb, vorzugsweise ein Drittel, des Kugeldurchmessers eines Brennelementes beträft.
4. 4. Seitenreflektor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Seitenreflektor-Innenwand (23) herausraqenden Reflektorsteine (7,24) unter einem Winkel von 45° angefast sind.