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Thermischer Deckenschild für gasgekühlte Kernreaktoren
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Die Erfindung betrifft einen thermischen Deckenschild für einen gasgekühlten
Kugelhaufenreaktor, der eine Anzahl von Durchführungen für die Absorber- und Regelstäbe
aufweist, der zusammen mit dem thermischen Seiten- und Bodenschild einen zylinderartigen
Aufnahmeraum für den Kernaufbau bildet und der in der Kaverne des Betonbehälters,
die mit einem Liner ausgekleidet ist, angeordnet ist.
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Es ist bekannt, daß im Zentrum eines Spannbetondruckbehälters sich
ein Reaktorkern befindet, der im wesentlichen aus einer Brennelementeschüttung und
einem zylinderartigen Graphitreflektor besteht, Der Graphit-
reflektor
kann aus zahlreichen Einzelblöcken aufgebaut sein, die sich gegenseitig durch ein
System von Keilen und Dübeln abstützen, wobei sich ein zylinderartiger Seitenreflektor,
ein Deckenreflektor und ein Bodenreflektor ergibt. Der Reflektor kann von einem
thermischen Schild umgeben sein, wobei zwischen dem Reflektor und dem thermischen
Schild ein Hohlraum vorhanden sein kann.
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Der thermische Schild hat zusammen mit dem Graphitreflek tor Abschirmungsaufgaben,
um andere Bauteile, wie Liner, Dampferzeuger und Gebläse vor Auswirkungen der Neutronen-und
Gamma-Strahlungen zu schützen, zu erfüllen.
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Der thermische Schild wird gewöhnlich aus Grauguß ausgebildet und
kann im wesentlichen aus drei Teilen bestehen: aus dem thermischen Seitenschild,
der die Form eines Hohlzylinders haben und auf der unteren Bodenplatte stehen kann,
aus dem thermischen Bodenschild, der sich über mehrere Auflagerungen am Bodenliner
abstützen kann und aus dem thermischen Deckenschild, der den thermischen Seitenschild
von oben abdeckt.
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Bei Kernreaktoren, bei denen zwischen dem thermischen Schild und dem
Kernaufbau ein Teil der Kaltgasleitung ausgebildet ist, ist es wünschenswert, daß
der zylinderartige Innenraum, den der thermische-Schild begrenzt, annähernd gasdicht
ausgebildet ist. Eine gasdichte Ausbildung des thermischen Boden- und Seitenschildes
kann ohne wesentliche technische Schwierigkeiten hergestellt werden, da der thermische
Bodenschild aus einer Bodenplatte, die aus sich überlappenden Segmenten bestehen
kann und der Seitenschild aus mehreren, miteinander verschraubten Gußteilen ausgebildet
sein kann. Der thermische Deckenschild kann den zylinderförmigen Aufnahmeraum für
den
Reaktorkern von oben begrenzen und mehrere vertikal verlaufende
Durchführungen für die Regel- und Absorberstäbe aufweisen, die jedoch einen merklichen
Eingriff in seine Struktur bedeuten, da seine Gasdichtheit und Strahlenabschirmungseigenschaft
weiterhin erhalten bleiben muß. Weiter ist es wünschenswert, daß aufgrund der thermischen
Dehnungen, die der thermische Deckenschild während des Reaktorbetriebes erfährt,
die Positionsveränderung der Stabdurchführungen keine merkliche Belastung für die
Stäbe beim Einfahren in die Brennelementeschüttung bedeutet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen thermischen Deckenschild
für gasgekühlte Kernreaktoren vorzuschlagen, der zusammen mit dem thermischen Seiten-
und Bodenschild einen annähernd gasdichten Aufnahmeraum für den Kernaufbau definiert
und der die Decke des Betonbehälters ausreichend vor Uberhitzung schützt.
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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch einen thermischen
Deckenschild eingangs genannter Art gelöst, der durch dicht aneinandergereihte Deckenschildeinheiten
gekennzeichnet ist, die aus mindestens zwei horizontal gelagerten Metallagen und
mindestens einer zwischen den Metallage angeordneten Moderator lage ausgebildet
sind und die mittels Zugstangen an den Deckenliner befestigt sind.
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Der erfindungsgemäße thermische Deckenschild besteht im wesentlichen
aus zwei n-eckigen Lagen, die in einem Abstand von mehreren Zentimetern angeordnet
und mittels Zugstangen an den Deckel des Spannbetondruckbehälters befestigt sind,
wobei jede der beiden Lagen sich aus einer Vielzahl sechskant- und vierkant Platten
zusammensetzt und der Spalt zwischen der oberen und unteren Lage mit
Graphitplatten
gleicher Gestalt ausgefüllt ist.
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Die Dicke der unteren Lage wird unter dem Gesichtspunkt eines ausreichenden
Wärmeschutzes des Deckenliners gewählt. Die zweite, die Moderatorschicht, des thermischen
Deckenschildes dient zur Abschirmung der in dem epithermischen Energiebereich liegenden
Neutronen. Hierbei können harte 3 -Strahlungen entstehen, die von der oberen metallischen
Schicht des thermischen Deckenschildes abgeschirmt werden. Dadurch, daß die obere
metallische Lage des thermischen Deckenschildes von der Moderatorlage mit Abstand
angeordnet ist, wird erreicht, daß eine zusätzliche Bearbeitung der Deckfläche der
Moderatorlage und der Bodenfläche der oberen Metallage nicht vorgenommen werden
muß. Solch eine Einheit des thermischen Deckenschildes wird erfindungsgemäß von
drei Zugstangen gehalten, die an den Deckel des Druckbehälters bzw. an die den Deckel
vertikal durchquerenden Panzerrohre befestigt sind und die mit der unteren Lage
der Einheit lösbar verbunden sind. Die besagten Zugstangen dienen gleichzeitig als
Aufhängung des Deckenreflektors. Die Deckenschildeinheiten, die direkt oberhalb
des Deckenreflektors angeordnet sind, weisen Durchführungen für die Führungsrohre
der Absorber- und Regelstäbe auf. Während des Reaktorbetriebes wird der thermische
Deckenschild mit Kühlgas, das eine Temperatur von ca. 250 Grad Celsius hat, beaufschlagt
und erfährt hierdurch insbesondere radiale Dehnungen. -Die Positionierung der Führungsrohre
bleibt in der gesamten Reaktorbetriebszeit im wesentlichen unverändert. Um zu.
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vermeiden, daß die aufgrund der radialen Dehnungen auftretenden Xnderungen
im thermischen Deckenschild zu keinen Kräfteeinwirkungen zwischen den Führungsrohren
und dem Deckenschild führen sollen, ist es zweckmäßig, die Durch führungen für die
Führungsrohre mit einem größeren Durch-
messer auszubildcn und mit
Verschiebhülsen zu bestücken.
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Die Verschiebehülsen sind so dimensioniert, daß eine hinreichende
Gasdichtheit zwischen den Verschiebhülsen und den Führungsrohren gewährleistet ist.
Die äußeren Maße der Verschiebhülsen und der Durchmesser der Durchführungen sind
so bemessen, daß auch während des Reaktorbetriebes eine zwangs freie Bewegung der
Hülsen in derselben gewährleistet ist. Die vertikal verlaufenden Spalte zwischen
einzelnen Platten der Deckenschildeinheit sind so bemessen, daß der geringste Spalt
zwischen den Platten der Moderatorlage besteht. Dieser Spalt verringert sich während
des Reaktorbetriebes aufgrund der thermischen Dehnung dermaßen, daß der Deckenschild
als "gasdicht" angesehen werden kann. Die Platten der Deckenschildeinheit, die sich
nicht direkt oberhalb des Deckenreflektors befinden, bzw.
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die an den thermischen Seitenschild angrenzen, können als vier- oder
fünfeckige Platten ausgebildet sein.
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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 eine prinzipielle Ausbildung des Kernreaktors,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den thermischen Deckenschild, Fig. 3 einen Teil des thermischen
Deckenschildes im Längsschnitt, Fig. 4 eine Deckenschildeinheit.
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Aus der prinzipiellen Darstellung eines gasgekühlten Kugelhaufenreaktors,
wie er in Fig. 1 dargestellt ist, ist zu entnehmen, daß die im Spannbetondruckbehälter
1 ausgebildete Kaverne 2 mit einem Liner 3 ausgekleidet ist. Im
Zentrum
der Kaverne 2 ist ein Kernaufbau 4, der aus einem Reflektorteil 5 und einem Core
6 besteht, angeordnet. Die kugelförmigen Brennelemente 7 werden durch ein Kugelabzugsrohr
8 aus dem Core 6 abgezogen. Der Kernaufbau 4 ist vom thermischen Schild 9 umgeben.
Der thermische Schild 9 besteht aus einem thermischen Seitenschild 10, der auf einem
thermischen Bodenschild 2 gelagert ist und von oben durch einen thermischen Deckenschild
11 gasdicht abgeschlossen ist. Das Kühlgas, das mit den Pfeilen dargestellt ist,
durchströmt das Core 6 von oben nach unten, wird im Heißgassammelraum 15 durchmischt
und von da zu den Wärmeverbrauchern 16 zugeführt. Nach der Wärmeabgabe wird das
abgekühlte Kühlgas durch Kaltgasleitungen, die teilweise durch den zwischen dem
thermischen Seitenschild 10 und dem Reflektor 5 ausgebildeten Ringspalt 17 gebildet
sind, in den Kaltgassammelraum 19 zugeleitet und von dort durch die im Deckenreflektor
20 ausgebildete Kühlgasleitungen (nicht dargestellt) in das Core 6 zugeführt. Hierdurch
ist der Gasführungskreislauf geschlossen.
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In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den thermischen Deckenschild 11
dargestellt, der aus einer Anzahl von zusammen gefügten Deckenschildeinheiten 25
ausgebildet ist. Die Deckenschildeinheiten 25, die direkt oberhalb des Deckenreflektors
(nicht dargestellt) angeordnet sind, haben einen sechseckigen Querschnitt und weisen
Durchführungen 26 für die Absorber- und Regelstäbe (nicht dargestellt) auf. Die
Durchführungen 26 sind mit Verschiebehülsen 27 bestückt.
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Die Deckenschildeinheiten 29, die an den thermischen Seitenschild
(nicht dargestellt) angrenzen, bzw. die sich nicht direkt oberhalb des Deckenreflektors
(nicht dargestellt) be--finden, haben einen viereckigen bzw. fünfeckigen Querschnitt.
Die Deckenschildeinheiten 25, 29 sind mittels Zugstangen 30 an den Deckel des Spannbetondruckbehälters
(nicht dargestellt) bzw. an die die den Deckel durchquerenden Panzerrohre befestigt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird
jede Deckenschildeinheit 25,
29 von drei Zugstangen 30 gehalten. Jede Deckenschildeinheit 25, 29 besteht aus
drei Lagen. Aus der hier dargestellten Draufsicht ist die obere Lage 32 zu erkennen,
wobei zwischen den Platten der oberen Lage 32 ein Spalt 33 von mehreren Millimetern
besteht. Der~Spalt 34- zwischen den Platten der mittleren Moderatorlage, ist geringer
und so bemessen, daß nach der Erwärmung des thermischen Deckenschildes 11 eine ausreichende
Gasdichtheit derselben hergestellt wird. Zwischen den Platten der unteren Lage besteht
ein größerer Spalt 38. Durch die Vergrößerung der Spalte 33, 38 in der oberen bzw.
unteren Lage 32, 37 kann auf einfache Weise die Anpassung einzelner Einheiten 25
einerseits und eine "Gasdichtheit" des thermischen Deckenschildes 11 andererseits
erreicht werden.
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Aus dem in Fig. 3 dargestellten Querschnitt durch den thermischen
Deckenschild 11 ist die Anordnung und Aufhängung der Lagen 32, 35, 37 zu erkennen.
Die Deckenschildeinheiten 25 wird von den Zugstangen 30 gehalten, die die Einheit
25 vertikal durchqueren und mit der sie lösbar mittels Einlegeringen 41, die in
den Entlastungskerben 42 angeordnet sind, verbunden. Die lösbare Verbindung zwischen
den Zugstangen 30 und der Deckenschildeinheit 25 ist in der unteren Lage 37 hergestellt.
Die zweite, die Moderatorlage 25, liegt auf der unteren Metallage 37 auf. Zwischen
der Moderatorlage 35 und der oberen Metallage 32 ist ein Spalt 43 ausgebildet, der
durch die Rohrstützen 45 hergestellt ist. Durch die Ausbildung des Spaltes 43 erübrigt
sich eine Bearbeitung der Decke der Moderator lage 35 und des Bodens der oberen
Lage 32. Weiter ist zu erkennen, daß die Verschiebehülse 27 die obere Lage 32 durchquert
und in die mittlere Moderatorlage 35 hineinragt.
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Zwischen dem Führungsrohr 47, das für die Absorber- oder Regelstäbe
bestimmt ist und der Verschiebehülse 27 sind
enge Toleranzellen
48 ausgebildet. Der Durchmesser der axialen Durchführung 26 in der Modertorlage
35 und der unteren Lage 37 ist um einige Millimeter größer gewählt als der äußere
Durchmesser des Führungsrohres 47. Außerdem, daß die Verschiebehülse 27 den temperaturbedingten
änderungen des thermischen Deckenschildes 11 folgen kann, dient sie auch als Strahlungsabschirmung.
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In Fig. 4 ist die Deckenschildeinheit 25 dargestellt. Es ist ersichtlich,
daß die Moderatorlage 35 auf der unteren Metallplatte 37 der Deckenschildeinheit
25 aufliegt und daß zwischen der Moderatorplatte 35 und der oberen Metallplatte
32 der Spalt 43 ausgebildet ist. Die Durchführung 26 ist mit der Verschiebehülse
27 bestückt und die ganze Einheit 25 ist von drei Zugstangen 30, die die Einheit
25 vertikalt durchquert, gehalten.
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