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Keramische Einbauten
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Die Erfindung betrifft keramische Einbauten, vorzugsweise zusammengefügte
Blöcke einer auf einer Bodenplatte horizontal gelagerten Bodenauflagerung für Kernreaktoren,
insbesondere für gasgekühlte Kernreaktoren mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente,
auf der sich ein Seitenreflektor und/oder ein Bodenreflektor über Auflagerunyen
oder Stützelemente abstützt.
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Bei Kernreaktoren haben die keramischen Einbauten primär kernphysikalische
und Abschirmungsaufgaben zu erfüllen. Sie werden vorwiegend zur Ausbildung des Reflektors
(Decken-, Seiten-, Bodenreflektor) herangezogen, der die Neutronen ins Core reflektiert
und der den Aufnahmeraum für die Brennelemente definiert. Hierdurch werden die sich
außerhalb des Aufnahmeraumes für die Brennelemente und des Reflektors befindenden
Stahlkonstruktionen ausreichend vor radioaktiven
Strahlungen geschützt.
Weiter hat es sich als zweckmäßig erwiesen, keramische Materialien auch zur Ausbildung
der Bodenauflagerung, auf der sich der Bodenreflektor und/oder der Seitenreflektor
über Auflagerungen und Stützelemente abstützen kann, zu gebrauchen. Die Bodenauflagerung
kann horizontal und auf einer Bodenplatte aus Stahl, die sich über Stützelemente
am Liner abstützen kann, gelagert sein. Die keramischen Einbauten sind nur bedingt
ausbaubar, so daß für die Auslegung eine Lebensdauer über die gesamte Reaktorbetriebszeit
von ca. 30 Jahren zugrundegelegt ist. Während des Reaktorbetriebes kann es zu mehrmaligen
Eit- und Ausschaltuhgen des Reaktors kommen, was dazu führt, daß die Temperatur
des Cores und dadurch auch der keramischen Einbauten um mehrere hundert Grad Celsius
verändert wird. Hierbei erfährt die Bodenauflagerung insbesondere radiale Dehnungen.
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Beim Einfahren der Absorberstäbe in die Brennelementeschüttung und
beim Abrollen der Brennelemente an den Deckflächen der Reflektoren kann es zum Abrieb
zwischen den sich berührenden Elementen (Brennelemente-Brennelemente, Brennelemente-Reflektor,
Brennelemente-Absorberstäbe) kommen.
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Die hierbei entstandenen Bruch- und Staubpartikel können vom das Core
durchströmenden Kühlgas mitgerissen und in den Heißgassammelraum transportiert werden
und sich in Fugen der Bodenauflagerung ansammeln. Hierdurch können die vorgegebenen
Dehntoleranzen, die durch die Größe der Fugen definiert sind, verändert werden,
was bei einer Erhöhung der Temperatur des Kühlgases zu unerwünschten Spannungen
und Funktionsbehinderungen in der Bodenauflagerung führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei keramischen Einbauten,
insbesondere bei einer Bodenauflagerung für gasgekühlte Kernreaktoren, die Verstopfung
der zwischen den Blöcken der Bodenauflagerung bestehenden Fugen zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Bodenauflagerung eingangs genannter Art
dadurch gelöst, daß die zwischen den Blöcken der Bodenauflagerung bestehenden Fugen
stufenförmig ausgebildet sind.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die zwischen den
Blöcken der Bodenauflagerung bestehenden Fugen in ihrer Form verändert werden, wobei
mindestens eine Teilstrecke der neuen Fuge einen horizontalen Verlauf erhält. Diese
neue stufenförmige Ausbildung der Fuge bildet eine einfache Barriere, wodurch ein
Ansammeln von Partikeln unterhalb der Stufe vermieden wird.
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Bei einem Durchmesser der Bodenauflagerung, der bis zu 15 m betragen
kann, und deren Dicke ca. 1,0 m sein kann, wird die Bodenauflagerung gewöhnlich
aus mehreren zusammengefügten Blöcken, die durch Dübel und Keile verbunden sein
können, ausgebildet. Die Blöcke können ein sechseckiges oder viereckiges Profil
aufweisen. Durch die Trennung des Seiten- und Bodenreflektors von der Bodenauflagerung
ergibt sich zwischen den Reflektorteilen und der Bodenauflagerung ein zylinderförmiger
Heißgassammelraum, an den seitlich Heißgasleitungen angeschlossen sein können und
der als Sammelraum und zur Durchmischung des vom Care zuströmenden und auf eine
Temperatur von ca. 900 ° aufgeheizten Kühlgases dient. Von unten kann die Bodenauflagerung
mit auf 200 "C abgekühlten Kühlgas beaufschlagt werden. Vor der Inbetriebnahme werden
die Blöcke der Bodenauflagerung gewöhnlich so zusammengefügt, daß die zwischen den
Blöcken bestehenden und vertikal verlaufenden Fugen im wesentlichen zwangs freie
Dehnungen einzelner Blöcke und dadurch auch der Bodenauflagerung als Einheit ermöglichen.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung der Fuge wird dadurch erreicht, daß
die die Bodenauflagerung bildenden Blöcke Vorsprünge und Ausnehmungen aufweisen,
wobei die Vorsprünge des einen Blocks
in die Ausnehmungen der benachbarten
Blöcke hineinragen. Bei Blöcken, die ein sechskantiges Profil habeh, kann der erfindungsgemäße
Vorschlag so realisiert werden, daß drei obere Kanten des Blocks stufenförmige Ausnehmungen
und andere drei Kanten stufenförmige Vorsprünge aufweisen. Die Ausnehmungen und
die Vorsprünge sind hierbei so bemessen, daß beim Zusammenfügen der Blöcke eine
Fuge hergestellt wird, deren Breite mindestens so groß ist, wie die Breite der Fuge
unterhalb der Stufe. Dabei hat die Fuge nicht mehr einen vertikalen Verlauf, sondern
sie weist drei Teilbereiche auf, von denen der Anfangs- und der Endbereich der Fuge
weiterhin einen vertikalen Verlauf hat und der mittlere Teilbereich orthogonal zu
den beiden angeordnet ist. Um zu vermeiden, daß die sich im oberen Teil der Fuge
ansAmmelnden Partikel und Bruchstücke zu Spannungen in der Bodenauflagerung führen,
werden die Vorsprünge angefast, wodurch sich eine keilförmige Ausbildung des ersten
oberen Bereiches der Fuge ergibt. Die im oberen Teilbereich angesammelten Partikeln
sind gleicher Natur (Graphit) wie die Bodenauflagerung.
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Eine weitere Möglichkeit, die Fuge stufenförmig auszubilden besteht
darin, daß die alte Fuge im Bereich der Deckfläche der Bodenauflagerung in eine
Nut übergeht und die Nut mit einer Deckleiste aus Graphit abgedeckt wird. Es ist
vorteilhaft, aus oben genannten Gründen, die zwischen der Deckleiste und den Blöcken
bestehende Fuge keilförmig im Profil auszubilden. Das kann z.B. dadurch erreicht
werden, daß das Profil der Deckleiste trapezartig gewählt wird, wobei die längere
von den beiden parallelen Seiten des Trapezes in der Deckflächenebene angeordnet
ist. Eine stabile Anordnung der Deckleiste in der Nut kann z.B. durch Schrauben
und andere Befestigungsvorrich tungen erreicht werden.
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Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß durch eine einfache Weiterbildung der
Blöcke der Bodenauflagerung
eine Verstopfung der in der Bodenauflagerung bestehenden Fugen und dadurch das Auftreten
von Verschleiße zwischen den Bauteilen der Bodenauflagerung vermieden wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen
hervor.
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Hierbei zeigen Fig. 1 einen Reaktor im Längsschnitt, Fig. 2 eine Bodenauflagerung
in Draufsicht, Fig. 3 einen Teil der Bodenauflagerung in Draufsicht, Fig. 4 einen
Teil der Bodenauflagerung im Längsschnitt entlang der Linie M-M der Fig. 3.
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In Fig. 1 ist ein Reflektor 1 dargestellt, der sich vertikal über
mehrere Stützsäulen 2 auf einer Bodenauflagerung 3 und horizontal an einem thermischen
Schild 4 über Stützelemente 5 abstützt. Der Reflektor 1 besteht aus einem Deckenreflektor
6, einem Seitenreflektor 7 und einem Bodenreflektor 8 und definiert einen Aufpahmeraum
9 für die kugelförmigen Brennelemente 10. Die Brennelemente 10 werden durch im Deckenre-Reflektor
6 ausgebildete Öffnungen (nicht dargestellt) zugegeben und. durch im Bodenreflektor
8 ausgebildete Kugelabzugsrohre 11 vom Kern 12 abgezogen. Der Kern 12 wird vom durch
Kaltgasleitungen 13 zugeführten Kühlgas 14 vertikal durchströmt, über im Bodenreflektor
8 hergestellte Gasleitungen (nicht dargestellt) in einem zwischen dem Bodenreflektor
8 und der Bodenauflagerung 3 ausgebildeten Heißgassammelraum 15 geleitet, wo es
durchgemischt wird und durch an den Heißgassammel-
raum 15 seitlich
angeschlossene Heißgasleitungen 16 zu den Wärmeverbrauchern (nicht dargestellt)
geleitet. Nach der Wärmeabgabe wird das Kühlgas 14 durch die Kaltgasleitungen 13
in den Kern 12 zurückgeleitet, wodurch der Gaskreislauf abgeschlossen ist. Die Bodenauflagerung
3, die auf einer Stahlplatte 17 horizontal gelagert ist, ist aus zusammengefügten
im Profil sechseckigen Graphitblöcken 18 ausgebildet. Durch die auf der gasdichten
Stahlplatte 17, die sich auf dem Liner 20 über Stützelemente 21 abstützt, gelagerten
Bodenauflagerung 3, kann kein aufgeheiztes Kühlgas 14 durchströmen. Die durch das
Zusammenfügen der Graphitblöcke 18 der Bodenauflagerung 3 sich ergebenden Fugen
19 haben einen vertikalen Verlauf.
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Aus der in Fig. 2 dargestellten Draufsicht auf die Bodenauflagerung
3 sind die zusammengefügten Graphitblöcke 18,18a der Bodenauflagerung 3 zu entnehmen.
In der Mitte der Graphitblöcke 18,18a sind vertikal angeordnete Abstützsäulen 2,
die die Bodenauflagerung 3 und den Bodenreflektor (nicht dargestellt) voneinander
trennen, angeördnet. Die Kugelabzugsrohre 11 durchqueren die Bodenauflagerung 3
vertikal. Die zwischen den Graphitblöcken 18, 18a bestehenden Fugen 19 sind symbolisch
dargestellt. Die die RandZone 22 der Bodenauflagerung 3 bildenden Graphitblöcke
23 weisen ein unterschiedliches Profil auf, um eine im wesentlichen angepaßte Bodenauflagerung
3 zum Seitenreflektor 7 zu erreichen.
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Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Graphitblöcke 18,18a Vorsprünge
24 und Ausnehmungen 25 aufweisen, wobei die Vorsprünge 24 des Graphitblocks 18 in
die Ausnehmungen 25 des benachbarten Graphitblocks 18a hineinragen. Die Graphitblöcke
18,18a weisen jeweils drei Vorsprünge 24 und drei Ausnehmungen 25 auf. Die Vorsprünge
24 sind angefast, wodurch sich eine obere Kante 26 und eine untere Kante 27 des
Vorsprungs 24 ergibt. Die Ausnehmungen 25 sind stufenförmig ausgebildet und aus
der Fig. ist nur die obere Kante 28 und die
untere Kante 29 der
Ausnehmung 25 ersichtlich. So ergibt sich zwischen dem Vorsprung 24 des Graphitblocks
18 und der oberen Kante 28 der Ausnehmung 25 des Graphitblocks 28a eine im Profil
keilförmige Fuge (nicht dargestellt). In der Mitte der Graphitblöcke 18,18a sind
vertikal angeordnete Abstützsäulen 2 ausgebildet.
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Aus der Fig. 4 ist die Ausbildung der zwischen den Graphitblöcken
18, 18a bestehenden Fuge 19 dargestellt. Der linke Graphitblock 18 weist den Vorsprung
24 auf, der angefast ist und die obere Kante 26 und die untere Kante 27 aufweist.
Der Vorsprung 24 ist 6 mm groß. Der rechte Graphitblock 18a weist die Ausnehmung
25 auf. Die Ausnehmung 25 geht über die Stufe 31 in die Seitenwand 32 des Graphitblocks
18a über. Die Fuge 19 zwischen den beiden Graphitblöcken 18,18a ist ca. 1 mm groß
und der Abstand zwischen der oberen Kante 26 des Vorsprungs 24 und der oberen Kante
28 der Ausnehmung 25 beträgt ca. 20 mm. Die Ausnehmung 25 ist ca. 22 mm tief.