DE3104245A1 - Fluessigmetallgekuehlter kernreaktor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich, auf einen flüssigmetallgekühlten Kernreaktor.

Bei einer als schneller Brüter arbeitenden Art von Kernreaktoren ist der Reaktorkern auf einem Tragrost stehend in einem Bad flüssigen Metalls in einem Behälter versenkt. Der Tragrost ist in einem an der Wandung des Behälters angebrachten Tragwerk aufgehängt und enthält eine Kammer für die Verteilung eines dem Reaktorkern zuzuführenden Kühlmittels. Der Reaktorkern enthält eine Anzahl von Brennelementen, welche nebeneinander aufrecht auf dem Tragrost stehen und in Gruppen angeordnet sind. Jede Gruppe der Brennelemente ruht auf einem Träger aus massivem Stahl, welcher dazu dient, den Tragrost vor Beschädigungen beim Auswechseln der Brennelemente sowie durch Strahlung zu schützen. Die DE-Patentanmeldung P 29 01 325.O der Anmelderin beschreibt einen flüssigmetallgekühlten schnellen Brutreaktor der vorstehend bezeichneten Art, bei welchem der Tragrost eine abgeschlossene Kammer und eine Bodenschale aufweist. Die Bodenschale trägt normalerweise das gesamte Gewicht des Reaktorkerns, so daß die Kammer im wesentlichen frei von Belastungen ist. Die Belastung wird dabei durch mit den Trägern einstückige Stützen durch die Kammer hindurch auf die Bodenschale übertragen. Bei einem Versagen der Bodenschale kann die normalerweise unbelastete Kammer das Gewicht des Reaktorkerns aufnehmen. Wird dagegen die Kammer undicht, so wird die Bodenschale zusammen mit anderen Teilen des Reaktors als Notbehälter wirksam und verringert den Austritt des Kühlmittels aus der Kammer so weit, daß die Sicherheit des Reaktors bis zum Abschalten aufrecht erhalten bleibt.

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Im Hinblick auf eine Verringerung der Anlagekosten für einen solchen Reaktor wurde vorgeschlagen, die Träger wegzulassen. Die GB-Patentanmeldung 7920925 der Anmelderin beschreibt einen solchen Reaktor, bei welchem die einzelnen Brennelemente jeweils auf einem von einer unteren Tragplatte der Kammer aufrecht durch diese hervorstehenden, elastischen Dorn sitzen, wobei die Abschirmung des Tragrosts durch zwischen die Brennelemente und die obere Tragplatte des Tragrosts eingesetzte, massive Stahlbuchsen bewirkt ist. Die im lalle einer Beschädigung beim Auswechseln der Brennelemente mühelos auswechselbaren Dorne weisen eine gewisse Flexibilität auf, so daß sich die Brennelemente seitlich bewegen können, um bei einem entlang seinem Umfang zusammengehaltenen Reaktorkern schädliche Spannungen zu vermeiden. Bei dieser Ausführung sind die Punktionen der Kammer und der Trageinrichtung für den Reaktorkern nicht voneinander getrennt, so daß bei einem Undichtwerden der Kammer keine unmittelbar wirksam werdenden Sicherheitseinrichtungen für den Kühlmittelkreislauf vorhanden sind.

Die vorliegende Erfindung schafft einen flüssigmetallgekühlten Kernreaktor, welcher keine Träger für die Brennelemente aufweist, bei welchem jedoch die Punktionen eines Trägers für den Reaktorkern und einer Kammer für das Kühlmittel durch voneinander verschiedene Teile des Tragrosts ausgeübt werden, wobei jedes dieser Teile bei einem Versagen des anderen dessen Punktion wahrnehmen kann.

Insbesondere schafft die Erfindung einen flüssigmetallgekühlten Kernreaktor mit einem auf einem Tragrost stehend in einem Bad flüssigen Metalls in einem Behälter versenkten Reaktorkern, bei welchem der Tragrost eine niedrige, aufrecht stehende und im wesentlichen zylindrische,

unter Druck mit einem Kühlmittel gespeiste Kammer, eine die Kammer tragende Bodenschale und eine Anzahl von aufrecht stehend auf einer oberen Tragplatte angeordneten, elastischen Dornen für die Halterung einzelner Brennelemente in einer nebeneinanderstehenden Anordnung aufweist und mittels eines entlang dem Umfang der Bodenschale hervorstehenden Flansche aufgehängt ist, sowie mit einer Anordnung von sich in gegenseitigem Abstand von der oberen Tragplatte durch die Kammer hindurch abwärts erstreckenden Stützen für die Übertragung des Gewichts des Eeaktorkerns von der oberen Tragplatte auf die Bodenschale.

Bei dem erfindungsgemäßen Kernreaktor wird also das Gewicht der Eeaktorkerns über die elastischen Dorne im wesentlichen gleichmäßig über die obere Tragplatte der Kammer verteilt und von dieser aus mittels der Stützen direkt auf die Bodenschale übertragen, so daß eine Druckbelastung der Kammer vermieden sst. Bei einem Undichtwerden der Kammer werden der auf der Oberseite der Kammer ruhende Reaktorkern und die an der Unterseite der Kammer angeordnete Bodenschale, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit anderen, die Kammer umgebenden Teilen des Reaktors, z.B. einem Mantel des Reaktorkerns, als Hutbehälter wirksam, so daß sieh der Kühlmittelverlust auf ein sicheres Maß beschränken läßt.

Vorzugsweise sind in der Kammer sich zwischen der oberen und einer unteren Tragplatte erstreckende Streben angeordnet, welche die Kammer gegenüber dem Druck des Kühlmittels zusammenhalten, wobei die gegebenenfalls als Verlängerungen der Streben ausgebildeten Stützen an der Bodenschale befestigt sind. Bei einem Tragrost der beschriebenen Art ist ein Abreißen der Bodenschale

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entlang ihrem Umfang als die &chwerstmögliche Beschädigung in Betracht zu ziehen. In einem solchen Falle verhält sich die Kammer zusammen mit dem starr damit verbundenen abgerissenen Teil der Bodenschale wie eine steife kreisförmige Platte, welche in einem über der Abreißstelle liegenden Randbereich aufgehängt ist, so daß sie das im wesentlichen gleichmäßig verteilte Gewicht des Reaktorkerns tragen kann.

Die Kammer ist vorzugsweise aus einem oberen und einem unteren, jeweils einen Flansch aufweisenden Teil zusammengesetzt, wobei sich die Plansche in der Mitte der Länge der Kammer in gegenseitiger Anlage befinden, um eine achsensymmetrische Flexibilität zu gewährleisten.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Ansicht eines Kernreaktors in senkrechtem Schnitt,

Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Axialschnittansicht eines Brennelements,

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 in verkleinertem Maßstab dargestellte Ansicht eines Tragrosts für den Reaktorkern in senkrechtem Schnitt und

Pi.R. 4· eine Draufsicht auf eine Hälfte des l'r nach tf

Ein in Fig. 1 dargestellter Kernreaktor enthält einen Reaktorkern 1, welcher in einem Bad 2 aus als Kühlmittel verwendetem flüssigem Natrium in einem Primärbehälter versenkt ist. Der Primärbehälter 3 ist an der Decke

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eines Schutzbunkers 4- aufgehängt und enthält eine Anordnung von Kühlmittelpumpen 5 uiid Wärmetauschern 6, von denen jeweils nur eine bzw. einer dargestellt ist. Der auf einem Tragrost 7 stehende Reaktorkern 1 ist zusammen mit den Wärmetauschern 6 in einem Innenbehälter 8 angeordnet, während die den Tragrost 7 über jeweils ein Steigrohr 13 mit dem Kühlmittel speisenden Pumpen 5 außerhalb des Innenbehälters angeordnet sind. Der Reaktorkern 1 enthält eine Vielzahl von eng nebeneinander auf dem Tragrost stehenden Brennelementen, welche von einem Mantel 9 umgeben und in Umfangsrichtung zusammengehalten sind. Durch die Decke des Schutzbunkers sind Regelstäbe 10 und Instrumentenanschlüsse 11 hindurchgeführt.

Die Brennelemente 14, von denen eines in Fig. 2 dargestellt ist, weisen jeweils einen mittleren Brennstoffabschnitt 15» einen unteren Halteabschnitt 16 und einen als Neutronenschild wirksamen oberen Abschnitt 17 auf. Der Brennstoffabschnitt 15 enthält ein Bündel aus Brennstoff stäben 18, welches von einer sechskantigen Umhüllung 19 zusammengehalten ist. Innerhalb der Umhüllung 19 stehen die Brennstoffstäbe 18 mit ihren unteren Enden auf einem Rost 20, und in ihrem mittleren Bereich sind sie durch wabenförmige Gitter 21 abgestützt. Der untere Halteabschnitt 16 ist mit einer Fassung 22 auf einen Dorn des Tragrosts 7 aufsteckbar. Der obere, als Heuttronenschild wirksame Abschnitt 17 ist aus einem massiven Stahlrohr 23 gebildet und weist einen Greifkopf 24- auf.

Der im einzelnen in Fig. 3 und 4- dargestellte Tragrost 7 weist eine niedrige, aufrecht stehende und im wesentlichen zylindrische Kammer 25 auf, welche auf einer tragenden Bodenschale 26 ruht. Die Bodenschale 26 ist

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mit einem entlang ihrem Umfang verlaufenden Plansch an einem Tragwerk 27 aufgehängt, welches seinerseits an der Wandung des Primärbehälters 3 befestigt ist. Eine obere Tragplatte 30 des Tragrosts 7 trägt eine Anordnung von aufrecht stehenden, elastischen Dornen 29, auf welche jeweils ein Brennelement aufsteckbar ist. Sich von der oberen Tragplatte 30 durch die Kammer hindurch abwärts erstreckende Stützen 31 dienen dazu, das Gewicht des Reaktorkerns von der oberen Tragplatte auf die Bodenschale zu übertragen. Die Stützen 31 sind rohrförmig und mittels Bolzen 32 starr an der Bodenschale befestigt. Die Kammer 25 ist aus einem oberen und einem unteren Teil 25a bzw. 25b zusammengesetzt. Die beiden Teile weisen Flansche 33 auf, welche sich in halber Höhe der Kammer in gegenseitiger Anlage befinden und schwimmend auf dem Flansch 28 der Bodenschale gelagert sind. Die Kammer 25 und die Bodenschale 26 werden durch gestrichelt gezeichnete Klemmstücke 34-gemeinsam auf dem Tragwerk 27 festgehalten. Der den Reaktorkern umgebende, die Brennelemente in ümfangsrichtung zusammenhaltende zylindrische Mantel 9 umgibt mit seinem unteren Teil lose das obere Teil der Kammer 25 und ruht mit seinem unteren Rand auf den Flanschen 33 der Kammerteile.

Der Mantel 9 des Reaktorkerns und die Bodenschale 26 bilden zusammen mit dem oberhalb der Kammer angeordneten Reaktorkern eine die Kammer umgebende Umhüllung, welche bei einem Undichtwerden der Kammer den Austritt des Kühlmittels soweit verzögert, daß der Kernreaktor abgeschaltet werden kann, bevor der Reaktorkern trocken fällt. Die Kammer ist so ausgelegt, daß sie bei einem Brück der Bodenschale das Gewicht des Reaktorkerns zu tragen vermag, bis der Reaktor abgeschaltet wird. Dadurch, daß die Bodenschale über die Stützen starr mit der Kammer verbunden ist, behält der Tragrost auch nach

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einem Bruch der Bodenschale eine ausreichende Steifigkeit, um das Gewicht des Reaktorkerns tragen zu können. Die Anordnung des Tragflanschs 33 der Kammer in halber Höhe ihrer zylindrischen ümfangswand verleiht den oberen und unteren Teilen der Kammer eine achsensymmetrische Flexibilität für den Ausgleich von unterschiedlicher Wärmedehnung des Tragrosts und des Tragwerks.

Die Kammer 25 ist durch die obere Tragplatte 30 und eine untere Tragplatte 35 begrenzt. Beide Tragplatten sind mechanisch an den Stützen 31 befestigt, so daß sie gegenüber dem Innendruck der Kammer von den Stützen zufiaminengehalten werden. Die Stützen 31 haben jeweilo einen oberen und einen unteren Plansch 36 bzw. 37» welcher sich an der Unterseite der oberen bzw. der unteren Tra^platü© in Anlage befindet". Die obere Tragplatte ist durch eine Mutter 38 auf dem oberen Flansch 36 festgehalten, während die untere Tragplatte mittels Schrauben 39 auf dem unteren Plansch befestigt ist. In Verlängerung der Stützen 31 enthält die Bodenschale Buchsen 40 für die Aufnahme der Bolzen 32. Diese tragen jeweils eine Schraubmuffe 41, welche am unteren Ende der jeweiligen Stütze angreift. Mittels der Schraubmuffen 41 sind die Längen der Stützen derart einstellbar, daß das Gewicht des Reaktorkerns gleichmäßig über die Bodenschale verteilt wird. Jede Stütze 31 ist aufwärts durch einen elastischen Dorn 29a für die Halterung eines Abschalt- oder Regelstabs 10 bzw. im äußeren Bereich des Reaktorkern«? einea Brutelements verlängert. In den zwischen den Stützen liegenden Bereichen ist eine Anzahl von Dornen 29b für die Halterung von Brennelementen 14 angeordnet. Die Dorne 29b sind in in die obere und die untere Tragplatte eingesetzten Buchsen 42 geführt und stützen sich mit einem Flansch 43 auf der oberen Tragplatte ab. Sie sind durch beide Tragplatten

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hindurchgeführt und dadurch hydraulisch ausbalanciert. Am oberen Teil haben die Dorne 29b jeweils eine Zentrierfläche 44 für die Passung 22 des jeweiligen Brennelements und einen Sitz 4*5 > auf welchem sich das Brennelement abstützt. Innerhalb, der oberen Buchsen 42 haben die Dorne ein gewisses Spiel, so daß die unteren Enden der Brennelemente innerhalb gewisser Grenzen seitlich bewegbar sind, um durch den Zusammenhalt in Umfangsrichtung auftretende Spannungen ausgleichen zu können. Die elastichen Dorne sind hohl. Dabei sind die Dorne 29a für die Halterung der Abschalt- oder Eegelstäbe unten offen, so daß ihnen das Kühlmittel zum Abstützen des jeweiligen Abschalt- oder Regelstabs zugeführt werden kann. Die Dorne 29b für die Halterung von Brenn- oder Brutelementen sind am unteren Ende geschlossen und haben eine innerhalb der Kammer liegende seitliche Öffnung für den Eintritt des dem jeweiligen Element zuzuführenden Kühlmittels. Die für die Halterung der Brenn- und Brutelemente bestimmten Dornen sind mühelos auswechselbar und enthalten (nicht {-*ο7,<ΰμ;ΐ;ο) J)vonHe'l fiina'uitzo für dio Dosierung des dem jeweiligen Element zuzuführenden Kühlmittels. Auf der oberen Tragplatte 30 stehende und die Dorne 29 umgebende massive Stahlbuchsen 54 dienen der Neutronenabschirmung des Tragrost«-*..

Die Bodenschale hat verstärkte öffnungen 47, durch welche die Kühlmittel-Steigleitungen 13 hindurchgeführt sind. Die Steigleitungen sind mittels eines i'lanschs 48 an der Unterseite der Kammer befestigt und haben innerhalb derselben eine seitliche Öffnung 49 für den Austritt des Kühlmittels, welches über die Kammer in die seitlichen öffnungen 46 der Dorne eintritt und. anschließend die Bronn- und Brute"U*ine.otb huXwHrUi durchnimmt« in «Im.-! obere Ende jeder Steigleitung 13 ist eine .Nebenkammer eingesetzt, in welche das Kühlmittel durch einen Drossel-

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durchlaß 51 hindurch einströmt. Jede Nebenkammer 50 trägt eine Tragplatte 52 mit aufrecht darauf stehenden Dornen 29b für die Halterung von in Verlängerung der jeweiligen Steigleitung angeordneten Elementen, welche über einen Verteiler 53 mit Kühlmittel aus der Neben- ^; kammer gespeist sind. Da diese Elemente im äußeren Randbereich des Reaktorkerns angeordnet sind, sind sie keinen übermäßigen Querbelastungen unterworfen und brauchen deshalb nicht in größerem Maße seitlich beweglich zu sein. Bei einem Bruch der Bodenschale tragen die Steigleitungen dazu bei, das Gewicht des Eeaktorkerns zu tragen.

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Leerseite

Claims (5)

1. P_a_t_e_n_t_a_n_s_£_r_ü_c_h_e

   Flüssigmetallgekühlter Kernreaktor mit einem auf einem Tragrost stehend in einem Bad flüssigen Metalls in einem Behälter versenkten Reaktorkern, bei welchem der Tragrost eine niedrige, aufrecht stehende und im wesentlichen zylindrische, unter Druck mit einem Kühlmittel gespeiste Kammer, eine die Kammer tragende Bodenschale und eine Anzahl von aufrecht stehend auf einer oberen Tragplatte angeordneten, elastischen Dornen für die Halterung einzelner Brennelemente in einer nebeneinander stehenden Anordnung aufweist und mittels eines

   »(089)988272 988273 988274 983310

   Telegramme: BERGSTAPFPATENT München TELEX: 0524560 BERG d

   Bankkonten: Hypo-Bank München 441(1122850 (BLZ 7002001!) Swift Code: Il YPO Dt M!> Bayer. Vercinsbank München 453100 (BL" Postscheck München 65343-8US(BLZ 7001.

   entlang dem Umfang der Bodenschale hervorstehenden Plansolls aufgehängt ist, gekennzeichnet durch eine Anordnung von sich in gegenseitigen Abständen von der oberen Tragplatte (30) durch die Kammer (25) hindurch abwärts erstreckenden Stützen (31) für die Übertragung des Gewichts des Reaktorkerns von der oberen Tragplatte auf die Bodenschale (26).
2. 2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Kammer (25) zwischen der oberen und einer unteren Tragplatte (30 bzw. 35) angeordnete Stützen (31) enthält, welche die Kammer gegenüber dem Druck des Kühlmittels zusammenhalten und an der Bodenschale (26) befestigt sind.
3. 3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß die Kammer (25) ein oberes und ein unteres, jeweils einen Flansch aufweisendes Teil (25a, 25b) aufweist und daß sich die Flansche in der Mitte der Länge der Kammer in gegenseitiger Anlage befinden, um eine achsensymmetrische Flexibilität zu gewährleisten.
4. 4. Kernreaktor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen (31) Schraubgewinde-Verstelleinrichtungen (41) aufweisen, so daß ihre Längen für die gleichmäßige Verteilung des Gewichts des Reaktorkerns auf die Bodenschale verstellbar sind.
5. 5. Kernreaktor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dorne (29) in in der oberen und in der unteren Tragplatte der Kammer angeordneten Buchsen (42) gehalten sind, sich jeweils mittels eines Flanschs (43, 36) an der

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   oberen Tragplatte abstützen und beide Tragplatten durchsetzen, so daß sie hydraulisch ausbanziert sind.

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