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Lager für kugelförmige Brennelemente
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager zur Aufnahme von kugelförmigen
Brennelementen.
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Das Lager dient vorrangig der zwischenzeitlichen Aufnahme von Brennelementen,
die dem Kern eines Kernkraftwerkes entnommen werden. Es ist bereits ein Lager zur
Aufnahme von kugelförmigen Brennelementen bekannt. Ein derartiges Lager soll so
ausgelegt sein, daß weder im Normalbetrieb noch im Störfall der Wert des Multiplikationsfaktors
keff 0,9 überschritten wird. Zur Erfüllung dieser Forderung kann ein solches Lager
mit Absorberstäben ausgerüstet werden, die zwischen den Brennelementen positioniert
werden. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn aufgrund einer Kernent-
leerung
alle im Kern des Kernkraftwerkes enthaltenen kugelförmigen Brennelemente von dem
Lager aufzunehmen sind. Die Absorberstäbe sind auch dann erforderlich, wenn das
Lager durch einen Wassereinbruch teilweise oder vollständig über flutet wird. Besonders
wichtig sind diese Absorberstäbe für den Fall, daß bei einer Störung der Kern des
Reaktors entleert werden muß und gleichzeitig im Brennelementelager ein Wassereinbruch
auftritt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lager zur Aufnahme von
Brennelementen von Hochtemperaturreaktoren zu schaffen, daß sowohl die normalerweise
dem Reaktor entnommenen abgebrannten Brennelemente als auch die bei einer Kernentleerung
anfallenden teilabgebrannten Brennelemente verschiedenster Abbrandstufen die für
eine Wiederbeladung geeignet sind bei Aufrechterhaltung der Unterkritikalität im
Lager aufgenommen werden können.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die aus
dem Kern eines Reaktors abgezogenen kugelförmigen Brennelemente in Abhängigkeit
von ihrem Abbrandzustand über eine Verteileinrichtung einem von mindestens zwei
Silos zur Aufnahme abgebrannter Brennelemente oder einem von mindestens zehn Schächten
zur Aufnahme teilweise abgebrannter Brennelemente zugeleitet werden, wobei entsprechend
dem Abbrandzustand den Brennelementen kugelförmige Absorberelemente beigefügt werden.
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Dieses gemäß der Erfindung ausgebildete Lager besteht aus einem Lagerteil
für die Aufnahme der beim bestimmungsgemäßen Betrieb anfallenden abgebrannten Brennelemente,
dem Silolager und einem anderen Lagerteil zur Aufnahme der bei einer Entleerung
des Kernreaktors anfallenden nur teilweise abgebrannten Brennelemente, dem Schachtlager.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung ist das Silolager zur Aufnahme der
abgebrannten
Brennelemente derart ausgebildet, daß mindestens zwei Silos mit einem Querschnitt
von jeweils 9m x 9m und einer Höhe von 6,5 m vorgesehen sind, wobei etwa 0,8 m über
dem Siloboden ein Zwischenboden mit einer Neigung von 20 Grad angeordnet ist. In
diesem Zwischenboden sind Luftschlitze zur Zuführung von Kühlluft in die Kugelschüttung
vorgesehen.
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Das Schachtlager zur Aufnahme der teilweise abgebrannten Brennelemente
besteht aus zylindrischen Schächten mit einem Durchmesser von 1,5 m und einer Mindesthöhe
von 11 m. Um eine Korrosion des Graphits der Brennelementkugeln zu vermeiden, sind
die Schächte mit Helium gefüllt.
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Um die Brennelemente dem Schacht bzw. Silolager ohne Schwierigkeiten
entnehmen zu können, sind am unteren Ende der Silos bzw. der Schächte Kugelvereinzelner
und Kugelausschleusleitungen vorgesehen, die mit einer Aufnahmekanne zur Aufnahme
der Kugeln verbindbar sind. Die Aufnahmekanne selbst befindet sich in einem abgeschirmten
Transportwagen.
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Um eine zusätzliche Transporteinrichtung zwischen dem dem Reaktorkern
nachgeschalteten Vereinzelner und dem Einlauf für die verschiedenen Lager zu vermeiden,
ist ein Gefälle von 6 Grad vorgesehen. Die durch das Gefälle den kugelförmigen Brennelemente
verliehene Geschwindigkeit kann durch einen Gasförderstrom verbessert werden. Zweckmäßig
wird der Vereinzelner über eine Absperrarmatur mit dem Reaktor und über eine Abbrandmeßanlage,
eine Pufferstrecke und eine zweite Absperrarmatur mit dem Brennelementelager verbunden.
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In dem Brennelementelager selbst sind Weichen in der Gefällstrecke
der Brennelemente vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem gemessenen Abbrandzustand
gesteuert werden. In ähnlicher Weise werden Vordosierweichen und Verteilerweichen
gesteuert.
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Ein schematisches Ausführungsbeispiel ist in den beigefügten Figuren
dargestellt.
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Hierbei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Verteileinrichtungen
und der Anordnung der verschiedenen Lagerteile zueinander; Fig. 2 einen horizontalen
Querschnitt durch das Lager entsprechend der Linie II-II der Fig. 4; Fig. 3 einen
vertikalen Schnitt durch das Lager gemäß der Linie III-III in Fig. 2 und Fig. 4
einen vertikalen Schnitt durch das Lager entsprechend der Linie IV-IV in Fig. 2.
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Von dem in Fig. 1 nicht dargestellten Kernreaktor gelangen die aus
dem Reaktor entnommenen kugelförmigen Brennelemente über einen ebenfalls nicht dargestellten
Vereinzelner und die Leitungen 1 zu den Armaturenblöcken 2. Die Armaturenblöcke
2 beinhalten Absperrarmatur und Kugelzähler. Außerdem befindet sich an der Kugelausschleusleitung
am Reaktor ebenfalls eine Absperrarmatur. Von den Armaturenblöcken 2 gelangen die
Brennelemente über die Leitungen 3 zu Abbrandmeßanlagen 4. Hier wird der jeweilige
Abbrandzustand eines Brennelementes gemessen. Die Brennelemente rollen dann über
Vordosierer 5 in Puffer- bzw. Schleusenstrecken 6. Die Pufferstrecken 6 werden durch
Ausschleusblöcke 7 begrenzt.
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Wenn die Pufferstrecken 6 mit Brennelementen gefüllt sind, wird mittels
der Absperrarmaturen im Armaturenblock 2 die Verbindung zum Reaktor geschlossen.
Bei geschlossener Absperrarmatur im Armaturenblock 2 zum Reaktor und geschlossenen
Ausschleusblöcken 7 wird die Pufferstrecke 6 evakuiert und gespült. Anschließend
werden die Ausschleusblöcke 7 geöffnet, die Kugeln gelangen zu den Sammlern 8. Von
diesen
Sammlern 8 gelangen die Kugeln einzeln zu den Verteilern
9 und 10. Die Rollbewegung infolge der Schwerkraft von den Sammlern 8 zu den Verteilern
kann durch einen Gasstrom vorteilhaft unterstützt werden. Durch entsprechende Vorsteuerung
der Weichen können die kugelförmigen Brennelemente die entsprechende Lagerposition
erreichen. Von dem Verteiler 9 können die Brennelemente die Schächte 11, 12, 13,
16, 17 und das Silolager 21 erreichen, während über den Verteiler 10 die Schächte
14, 15, 18, 19, 20 und das Silolager 22 erreicht werden können.
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Es ist zweckmäßig, die für die Wiederbeladung geeigneten Brennelemente
in z. B. acht Abbrandklassen einzuteilen.
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Die Kugeln mit dem geringsten Abbrand werden den Schächten zugeordnet,
die über einen Verteiler, z. B. den Verteiler 9 erreichbar sind. In diesem Fall
ist es möglich, nur für diese fünf Schächte die Zugabe von Absorberelementen vorzusehen.
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Die Silos 21 und 22 werden mit den Brennelementen beschickt, die bei
bestimmungsgemäßen Betrieb aus dem Reaktor ausgeschleust werden und abgebrannt sind.
Bei einer Entleerung des Kerns des Reaktors infolge eines Störfalles werden aber
auch die Brennelemente in einem Silo gelagert, die infolge eines bereits sehr hohen
Abbrandes für eine Wiederbeladung des Kerns nicht geeignet sind. Es wird angenommen,
daß etwa ein Drittel der in dem Reaktor enthaltenen Brennelemente und zwar das untere
Drittel für eine Kernwiederbeladung nicht mehr geeignet ist. Dieses Drittel muß
daher bei einer Kernentleerung infolge eines Störfalles in einem der Silos untergebracht
werden. Die restliche Zweidrittelfüllung des Reaktorkerns muß dann von den Schachtsilos
11 bis 20 aufgenommen werden.
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Aus den Fig. 2, 3 und 4 sind Einzelheiten über die Anordnung und Ausbildung
der Schächte bzw. der Silos zu entnehmen. Das Schachtlager besteht, wie bereits
erwähnt, aus mindestens
zehn Schächten 11 bis 20. Die Schächte
besitzen einen Durchmesser von 1,5 m und eine Länge von etwa 12 m. Die Füllhöhe
soll 10 m betragen. Am oberen Ende'können die Schächte mit einem Abschirmstopfen
dicht verschlossen werden. Am unteren Ende ist ein Vereinzelner und eine Kugelausschleusleitung
vorgesehen. In den einzelnen Schächten herrscht eine Heliumatmosphäre, um eine unnötige
Graphitkorrosion der wiederverwendbaren Brennelemente zu vermeiden. Auf die Außenwände
der Schächte sind wasserdurchströmte Kühlrohre zur Wärmeabfuhr angeordnet. Der Wärmetransport
von den Brennelementen zu diesen Kühlrohren erfolgt durch freie Konvektion des Innengases.
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Um eine Kritikalitätssicherheit zu gewährleisten, müssen bei nur teilweise
abgebrannten Brennelementen Absorberelemente hinzugefügt werden. Die Absorberelemente
können kontinuierlich entsprechend der Anzahl der eingefüllten Brennelemente zugegeben
werden. Es kann aber auch nach Einfüllung einer bestimmten Anzahl Brennelemente
eine bestimmte Anzahl Absorberelementen in den Schacht gefüllt werden.
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Das Silolager besteht aus den Silos 21 und 22 für abgebrannte Brennelemente.
Jedes Silo besitzt zweckmäßig ein Querschnitt von 9 m x 9 m und die Silohöhe soll
etwa 6,5 m betragen. Etwa 0,8 m oberhalb des Silobodens ist ein Zwischenboden 23
angeordnet. Der Neigungswinkel des Zwischenbodens 23 beträgt 20 Grad. In dem Zwischenboden
sind Luftschlitze vorgesehen, damit die Kühlluft in die Kugelschüttung eintreten
kann. Die Kühlluft wird über die Kanäle 24 zugeführt. Der Zwischenboden 23 in jedem
der beiden Silos ist mit einem Kugelabzugsrohr 25 verbunden. Unterhalb der Silos
befinden sich Abfülleinrichtungen und Schließstationen, in denen die abgebrannten
Brennelemente in Transportkannen abgefüllt und in einem mehrere Transportkannen
26 umfassenden Pufferlager 27 zwischengelagert werden können.
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Bei der Füllung der Transportkannen aus einem Silo oder aus einem
Schacht sind die Transportkannen 26 in Transportwagen 28 gelagert, wie sich aus
Fig. 4 ergibt, Die Transportkanne wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Kranes
auf den abgeschirmten Transportwagen 28 abgesenkt. Sobald der Transportwagen die
Abfüllposition erreicht hat, wird ein Teleskoprohr 29 auf die Transportkanne 26
herabgelassen, das mit dem Kugelabzugsrohr 25 verbunden ist. Durch Öffnen der Absperrarmatur
30 wird die Verbindung zwischen dem Vereinzelner 31, der in Betrieb genommen ist
und dem Teleskoprohr 29 hergestellt. Die kugelförmigen Brennelemente können aus
dem Silo bzw. aus einem Schacht in eine Transportkanne 26 gefüllt werden. Nach Füllung
der Kanne erfolgt die Abschaltung des Vereinzelners und mittels der Absperrarmatur
30 wird die hergestellte Verbindung unterbrochen, so daß das Teleskoprohr 29 hochgefahren
werden kann.
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Be zugszeiohefli i ste 1 Leitungen 2 Armaturenblöcke 3 Leitungen
4 Abbrandmeßanlagen 5 Vordosierer 6 Puffer-/Schleusenstrecken 7 Ausschleusblöcke
8 Sammler 9 Verteiler 10 Verteiler 11 bis 20 Schächte 28, Transportwagen 21, 22
Silos 23 Zwischenboden 24 Kanäle 25 Kugelabzugsrohr 26 Transportkanne 27 Pufferlager
29 Teleskoprohr 30 Absperrarmatur 31 Vereinzelner