DE3115844C2 - "Natriumgekühlter Kernreaktor" - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen natriumgekühlten Kernreaktor, dessen Reaktortank den Primärkreis, eine den Reaktorkern umgebende Abschirmung und einen Primär-Sekundär-Wärmetauscher enthält, insbesondere einen schnellen Brutreaktor nach dem Modul-Prinzip. Zur Verwirklichung dieses Modul-Prinzips wird vorgeschlagen, außerhalb des Reaktortanks elektromagnetische Umwälzpumpen anzuordnen, wobei der Wärmetauscher in einem ringförmigen Gehäuse oberhalb der Pumpen angebracht ist. Dieses Gehäuse hat an seinem oberen Ende mehrere Öffnungen zu dem Raum oberhalb des Reaktorkerns, in mittlerer Höhe weitere kleinere Öffnungen zum selben Raum und ist an seinem unteren Ende mit einem Ringraum zwischen Tankwand und Reaktorkern verbunden. Als günstige Ausführungsform wird auch vorgeschlagen die ringförmigen elektromagnetischen Pumpen konzentrisch um den Reaktortank anzuordnen, wobei an der Innenseite des Reaktortanks ein Ringkanal vorhanden ist. Auf diese Weise wird der natriumgekühlte Kernreaktor als Modul für eine Anordnung mit einer größeren Anzahl solcher Elemente geeignet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen natriumgekühlten Kernreaktor, insbesondere einen schnellen Brutreaktor nach dem Modulprinzip. Nach diesem auch bei anderen Reaktortypen bereits diskutierten Prinzip soll die Gesamtleistung einer Kernenergieanlage nicht meör mit einem einzigen großen Reaktorkern, sondern mit mehreren kleinen Reaktorkernen erreicht werden. Diese geben, wie bisher, ihre Wärme über einen Primär-, Sekundär- und Tertiärkreis an eine Dampfturbinenanlage ab. Auf diese Weise kann bei Ausfall, Inspektion oder Wartung eines Reaktorkerns die Gesamtanlage mit etwas verringerter Leistung weiter betrieben werden. Ein Problem solcher Modulanlagen ist die Parallelschaltung mehrerer Primärkreise von verschiedenen Kernreaktoren.

In der DE-OS 28 28 596 wird ein Kernreaktor mit Flüssigmetallkühlung beschrieben, bei dem die elektromechanischen, d. h. rotierenden Pumpen für den Primärkreis zwischen einem inneren und einem äußeren Behälter aber innerhalb des Flüssigmetalls angeordnet sind. Mit dieser Anordnung wird die Parallelschaltung mehrerer Primärkreise an einem einzigen Kernreaktor vereinfacht, sie gibt aber keinen Hinweis auf die Parallelschaltung mehrerer Kernreaktoren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein natriumgekühlter Kernreaktor, der für das Modulprinzip geeignet ist und die bei diesem Prinzip zwangsläufig gegebenen Mehrkosten durch Einsparungen bei der Planung, Herstellung, beim Transport und bei der späteren Handhabung und Wartung kompensiert

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kernreaktor nach dem ersten Anspruch vorgeschlagen. Die außerhalb des Reaktortanks angeordneten und durch die Reaktortankwand hindurch wirkenden elektromagnetischen Spulen walzen das Primärnatrium um und vermeiden jegliche, den Reaktortank durchdringenden Primärkreisleitungen, sie können inspiziert, gewartet oder ausgetauscht werden, ohne den Primärkreis zu öffnen.

Die weiterhin vorgeschlagene Anordnung von Reaktorkern, Wärmetauscher und Pumpen führt zu einer Strömung in Richtung des Naturumlaufs, der bei Normalbetrieb die Pumpenwirkung unterstützt und im Notfall auch ohne die Pumpen zur Abfuhr der Nachzerfallswärme ausreicht. Die vorgeschlagenen Öffnungen am oberen Ende des V-ärmetauschers dienen dem Umlauf bei Normalbetrieb, während die weiter unten angeordneten wesentlich kleineren Öffnungen auch bei abgesenktem Natriumspiegel, wie er bei einem Leck im Tank auftreten könnte, einen Naturumlauf gewährleisten.

Die im dritten Anspruch vorgeschlagene Anordnung von ringförmigen elektromagnetischen Pumpen erscheint für die vorliegende Erfindung als zweckmäßigste Lösung mit dem besten Wirkungsgrad und ist, allerdings für wesentlich kleinere Förderleistungen, von der Anmelderin in dem britischen Patent 14 17 210 beschrieben.

Im vierten Anspruch wird eine Lagerung und Führung des Reaktortanks vorgeschlagen, die es gestattet, die Pumpenspulen nach oben auszubauen.

Im fünften Anspruch wird eine Möglichkeit vorgeschlagen, den Wirkungsgrad der Pumpe zu erhöhen, ohne die Steifigkeit des Reaktortanks zu gefährden. Besonders zweckmäßig erscheint es, diese Rippen im Bereich der elektromagnetischen Pumpen schraubenförmig anzuordnen mit einer sehr steilen Steigung, um die Leistung der in senkrechter Richtung wirkenden Pumpe nicht wesentlich zu vermindern.

jo Im sechsten Anspruch wird eine Möglichkeit vorgeschlagen, die Kosten für die Herstellung, den Transport i'nd die Wiederaufarbeitung der Kernelemente wesentlich zu vermindern. Bisher war es üblich, bei natriumgekühlten Kernelementen am oberen und am unteren Ende massive Metallmassen als Abschirmung und Reflektor anzuordnen, die nicht nur bei der Herstellung und beim Transport erhebliche Kosten verursachten, sondern insbesondere bei der späteren Wiederaufarbeitung, weil diese Metallmassen dann erheblich aktiviert waren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Figur zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch einen Kernreaktor. Der Reaktorkern 1 enthält als Prototyp zunächst nur Brennelemente, als späterer Modulreaktor sowohl Brenn- als auch Brutelemente, deren Konstruktion etwa von den bekannten Druckwasserre-

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aktoren übernommen werden- kann, so daß auf die bis- von Tankaußenfläche zur Reaktorleistung, so daß im her bei natriumgekühlten Kernreaktoren üblichen Hüll- Notfalle die im Kern nach dem Abschalten noch vor· kästen verzichtet werden kann. Der Reaktorkern ist handene und die weiterhin entstehende Nachwärme umgeben von konzentrischen Metallmassen 2, die den ganz oder teilweise über die Tankoberfläche nach au-Kernverband halten und die als Abschirmung und Re- 5 ßen abgeführt werden kann.

flektor dienen und die in bekannter Weise aus mehreren Die besonderen Vorteile dieses Reaktors zeigen sich.

Schichten aufgebaut sein können, um Wärmespannun- wenn mehrere Reaktoren nach dem Modulprinzip pargen bei Temperaturschocks zu verringern. Unterhalb allel geschaltet zu einem Kraftwerk zusammengefaßt des Kerns ist eir.c von Kühlmittelkanälen 3 unterbro- sind. Eine Störung an einem Reaktor führt nicht zum chene Abschirmung 4 angeordnet, die gleichzeitig als io Ausfall des ganzen Kraftwerks. Wenn ein Reaktor abge-Reflektor dient Oberhalb des Kerns ist ein metallischer schaltet ist, können die anderen weiterhin betrieben Kernstopfen 5 angeordnet, der von weiteren Kühlmit- werden. Ein zusätzliches Abklinglager für abgebrannte telkanälen 6 durchbohrt ist und mehrere Öffnungen 7 Kernelemente ist nicht notwendig, da ein Reaktor der für Kontrollstabgestänge 8 aufweist Die den Kern um- vorgeschlagenen Bauweise kaum aufwendiger ist, als gebende Abschirmung 2 ist nach oben verlängert, so 15 ein gleichgroßes Abklinglager. Daher können die abgedaß die oberhalb des Kerns 1 und außerhalb des Tanks 9 brannten Kernelemente im abgeschalteten Reaktor verangeordneten elektromagnetischen Ringspulen 10 ge- bleiben, bis ihre Leistung soweit abgekiungen ist, daß sie gen den Kern abgeschirmt sind. Oberhalb von Abschir- mit einer für alle Reaktorkerne eines Kraftwerks vermung 2 und Ringspulen 10 ist ein Primär-Sekundär- wendbaren Wechselmaschine gehandhabt werden kön-Wärmetauscher 11 in einem ringförmigen Gehäuse 12 20 nen. Unter diesen Umständen erschein es zweckmäßig, angeordnet, das an seinem oberen Ende mehrere große ein Kemmanagement anzustreben, be; dem nicht cin-Öffnungen 13 zu dem Raum 14 oberhalb des V-eaktor- zelne Brenneiemente, sondern jeweils der gesamte kerns, in mittlerer Höhe mehrere kleinere Öffnungen 15 Kern ausgewechselt wird.

zu demselben Raum aufweist und an seinem unteren Die elektromagnetischen Ringspulen können ohne

Ende mit Ringraum 16 zwischen Reaktortank 9 und 25 Gefährdung der Umgebung ausgebaut werden, wenn Abschirmung 2 verbunden ist Am oberen Ende des Re- man um die Reaktorzellenöffnung oberhalb des Tanks aktortanks 9 ist ein bei natriumgekühlten Kernreakto- eine Abschirmwand von entsprechender Höhe aufbaut.

ren üblicher Drehdeckel 17 angeordnet Der Reaktor-

tank 9 ist in üblicher Weise in einem Doppel'ank 18 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

angeordnet, er ist an seinem unteren Ende in einem 30

Fußring 19 gelagert und an seinem oberen Ende mit einem Ring 20 gegen einen abnehmbaren Tragring 21 abgestützt, der auf einem Betonbehälter 22 ruht Zwischen diesem Betonbehälter und dem Doppeltank 18 sind mehrere Kühlgasrohre 23 angeordnet, die bei Normalbetrieb zur Kühlung der elektromagnetischen Pumpen und im Notfall zur Kühlung des Reaktortanks 9 dienen. Die elektromagnetischen Ringspulen 10 sind an Spulenhängern 24 aufgehängt, so daß sie nach oben herausgezogeil werden können. Das Primärnatrium fließt mit oder ohne Unterstützung durch die elektromagnetischen Pumpen vom Reaktorkern 1 aufwärts durch die Kühlmittelkanäle 6, und zwar bei normalem Natriumbetriebsspiegel 25 im wesentlichen durch die oberen großen öffnungen 13 und bei abgesenktem Natriumnotspiege! 26 durch die kleinertn Öffnungen 15 abwärts durch den Wärmetauscher 11 in den Ringraum 16, wo es bei Normalbetrieb durch die elektromagnetischen Ringspulen 10 nach unten befördert wird. In diesem Ringspalt 16 fließt es zwischen Innenwand des Reaktortanks 9 und der Abschirmung 2 abwärts, wird unterhalb der Abschirmung 4 umgelenkt und fließt aufwärts durch die Kühlmittelkanäle 3 wiederum in den Reaktorkern 1. Der Reaktortank 9 hat beispielsweise einen Durchmesser von etwa 3 m und eine Höhe von etwa 18 m und kann daher beim Herstellen gefertigt und mit den üblichen Transportmitteln liegend zum Kraftwerk transportiert werden. Diese Abmessungen entsprechen denen eines bisher bei natriumgekühlten Kernreaktoren üblichen Wärmetauschers. Daher kann der Kernreaktor mit allen seinen Einbauten mit bereits bekannten Methoden und Apparaten inspiziert, gewartet oder ausgewechselt werden. Nach den bisherigen Berechnungen gestatten die hier genannten Abmessungen einen schnellen Reaktorkern mit Brutstoff, der eine thermische Leistung von 100—200 MW erzeugen kann. Ein großer Vorteil des vor^ .'schlagenen Reaktors ist das bei Reaktoren dieser Größe sehr günstige Verhältnis

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hatriumgekühlter Kernreaktor, dessen Reaktortank einen Primärkreis, eine den Reaktorkern umgebende Abschirmung und einen Primär-Sekundär-Wärmetauscher enthält, wobei Pumpen vorgesehen sind, um das Flüssigmetall des Sekundärkreises im Reaktortank in Umlauf zu setzen, dadurch gekennzeichnet, daß elektromagnetische Pumpen verwendet werden, deren Spulen (10) außerhalb des Reaktortanks (9) angeordnet sind und durch die Tankwand hindurch wirken.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Wärmetauscher (11) in einem ringförmigen Gehäuse (12) oberhalb der Spulen (10) angeordnet ist, daß das Gehäuse an seinem oberen Ende mehrere Öffnungen (13) zu dem Raum (14) oberhalb des Resktorkerns (1) -und in mittlerer Höhe mehrere kleinere Öffnungen (15) zum selben P.aum hat und an seinem unteren Ende mit einem Ringraum (16) zwischen Tankwand und Reaktorkern (1) verbunden ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Spulen (10) ringförmig konzentrisch den Reaktortank (9) umgeben und an der Innenseite des Reaktortanks (9) in der Höhe der Spulen (10) ein konzentrischer Ringraum (16) vorhanden ist.

4. Kernreaktor nach Anspruch 1 mit einem stehenden, zylindrischen Reaktortank, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktortank (9) an seinem unteren Ende gelagert und an seinen-, oberen Ende in einem abnehmbaren Ring (20) geführt ist.

5. Kernreaktor nach Ansprutn 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktortank (9) im Bereich der elektromagnetischen Spulen (10) dünnwandiger ausgeführt ist als im übrigen Bereich und dort durch Rippen gestützt ist, die auf der Innenseite des Ringraums (16) befestigt sind.

6. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Reaktorkerns (1) ein als Abschirmung und Reflektor dienender Kernstopfen (5) angeordnet ist und unterhalb des Kernreaktors (1) eine als Abschirmung und Reflektor dienende Metallmasse (5) angeordnet ist.