DE3149536A1 - Hochtemperaturreaktor mit einem kern aus kugelfoermigen brennelementen - Google Patents

Hochtemperaturreaktor mit einem kern aus kugelfoermigen brennelementen

Info

Publication number
DE3149536A1
DE3149536A1 DE19813149536 DE3149536A DE3149536A1 DE 3149536 A1 DE3149536 A1 DE 3149536A1 DE 19813149536 DE19813149536 DE 19813149536 DE 3149536 A DE3149536 A DE 3149536A DE 3149536 A1 DE3149536 A1 DE 3149536A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rods
shutdown
reflector
core
absorber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE19813149536
Other languages
English (en)
Inventor
Herbert Dr. 6800 Mannheim Harder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Original Assignee
Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH
Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH, Hochtemperatur Reaktorbau GmbH filed Critical Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH
Priority to DE19813149536 priority Critical patent/DE3149536A1/de
Publication of DE3149536A1 publication Critical patent/DE3149536A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C9/00Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
    • G21C9/02Means for effecting very rapid reduction of the reactivity factor under fault conditions, e.g. reactor fuse; Control elements having arrangements activated in an emergency
    • G21C9/027Means for effecting very rapid reduction of the reactivity factor under fault conditions, e.g. reactor fuse; Control elements having arrangements activated in an emergency by fast movement of a solid, e.g. pebbles
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00Reactor types
    • G21C1/04Thermal reactors ; Epithermal reactors
    • G21C1/06Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated
    • G21C1/07Pebble-bed reactors; Reactors with granular fuel
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C7/00Control of nuclear reaction
    • G21C7/06Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
    • G21C7/08Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section by displacement of solid control elements, e.g. control rods
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

  • Hochtemperaturreaktor mit einem Kern aus
  • kugelförmigen Brennelementen Die Erfindung betrifft einen Hochtemperaturreaktor mit einem Kern aus.kugelförmigen Brennelementen, der von einem Deckenreflektor, einem zylindrischen Seitenreflektor und einem Bodenreflektor umgeben ist, mit in Öffnungen des Seitenreflektors einfahrbaren Absorberstäben (Reflektorstäben), von denen ein erster Teil ein Abschaltsystem für die Teil- oder Schnellabschaltung bildet (erstes Abschaltsystem) und ein zweiter Teil für Regelaufgaben vorgesehen ist, und mit in den Kern einfahrbaren Absorberstäben (Kernstäben), die ein Abschaltsystem für Voll-oder Langzeitabschaltung bilden (zweites Abschaltsystem).
  • Es ist bekannt, einen gasgekühlten Kernreaktor mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente für Abschalt- und Regelvorgänge mit Kernstäben und Reflektorstäben auszustatten. Bei einem bekannten Reaktorkonzept sind die Kernstäbe für die Teil- oder Schnellabschaltung und für die Voll- oder Langzeitabschaltung vorgesehen, und die Reflektorstäbe übernehmen die Regelaufgaben.
  • Als Teil- oder Schnellabschaltung des Reaktors wird die Maßnahme bezeichnet, bei der durch schnelles Einbringen von negativer Reaktivität in den Kern der Reaktor sofort unterkritisch gemacht wird. Bei einer in einem eventuellen Störfall durchzflführenden Schnellabschaltung werden die Kernstäbe so schnell in eine vorgegebene Stellung in den Kern eingefahren, daß der Reaktor mit Sicherheit sofort unterkritisch wird und in diesem Zustand über eine längere Zeitspanne gehalten werden kann. Während dieser Zeit können Störungen erkannt und beseitigt werden. Es ist günstig, wenn das Erkennen und Beseitigen der Störung in möglichst kurzer Zeit erfolgt, da dann der Reaktor durch Ausfahren der Kernstäbe im sogenannten Heißstart innerhalb einer Zeitspanne von etwa einer Stunde wieder kritisch gemacht werden kann. Ein solcher Heißstart ist jedoch nur durchführbar, wenn die bei abgeschaltetem Reaktor ansteigende Xenon-135-Konzentration bei der Leistungssteigerung des kritischen Reaktors noch keinen zu hohen Wert erreicht hat.
  • Anderenfalls ist das Wiederanfahren des Reaktors erst nach Abklingen der Xenon-135-Konzentration durch Zerfall nach etwa 24 Stunden möglich. Ist die Behebung des Schadens innerhalb kurzer Zeit nicht möglich, so erfolgt anschließend eine Langzeitabschaltung. Hierfür sind die Kernstäbe so ausgelegt und mit einem solchen Antrieb versehen, daß sie voll eingefahren die zur Langzeitabschaltung des Reaktors erforderliche negative Reaktivität zuführen können.
  • Die Schnell- und die Langzeitabschaltung werden somit bei dem bekannten Reaktorkonzept durch ein und dasselbe Abschaltsystem durchgeführt, das für beide Abschaltvorgänge aus den Kernstäben gebildet ist. Reflektorstäbe werden zusätzlich für die Schnellabschaltung nur so weit eingesetzt, wie sie verfügbar sind und nicht schon zur Kompensation von Überschußreaktivität aufgrund eines Schnellastregelvorganges eingefahren sind. Sie sind nicht in das Abschaltsystem einbezogen.
  • eingeleitet, wenn das von den Kernstäben gebildete Abschaltsystem aus irgendwelchen Gründen nicht voll funktionsfähig ist.
  • Bei Ausfall dieses Abschaltsystems tritt in jedem Fall das Notabschaltsystem in Tätigkeit, was mit dem Nachteil einer längeren Reaktorstillstandszeit verbunden ist, da das in den Reaktorkern eingespeiste Absorbermittel erst wieder aus dem Kern entfernt werden muß.
  • Bei einem anderen Kernreaktor mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente ist die Einrichtung zur Leistungsregelung und zum Abschalten derart ausgebildet, daß die Absorberstäbe durch den Deckenreflektor bis zu einer vorbestimmten Einfahrtiefe in den von dem Reflektor umschlossenen Raum einfahrbar sind (Offenlegungsschrift 23 53 653). Die Einrichtung umfaßt einen der Abschaltung und einen der Leistungsregelung dienenden Teil, wobei der der Abschaltung des Kernreaktors dienende Teil aus in die Schüttung einfahrbaren Absorberstäben besteht und der der Leistungsregelung dienende Teil von Absorberstäben gebildet wird, die innerhalb der Wandung des Deckenreflektors und innerhalb es von der Schüttung und dem Deckenreflektor begrenzten Hohlraumes verschiebbar sind. Wird der bekannte Kernreaktor in der Weise betrieben, daß die Brennelemente die Schüttung nur einmal passieren, so hat sich gezeigt, daß die zur Regelung des Kernreaktors in den Hohlraum oberhalb der Schüttung eingefahrenen Absorberstäbe besonders wirksam sind, und zwar aufgrund des axialen Neutronenflußprofils im Reaktorkern, das im oberen Drittel des Kerns ein Maximum aufweist. Der zur Abschaltung des Reaktors dienende Teil der Regel- und Abshalteinrichtung kann ebenfalls für Regelzwecke herangezogen werden.
  • Die betreffenden Absorberstäbe werden dann so ausgebildet, daß sie auch in der Wandung des Deckenreflektors und in dem Hohlraum zwischen Deckenreflektor und Brennelementschüttung ver- Wie bereits erwähnt, wird die Regelung bei diesem Reaktorkonzept mittels der Reflektorstäbe durchgeführt, die hierfür ausgelegt sind. Sie werden sowohl für die Feinregelung des eingestellten Leistungszustandes als auch für die Schnellastregelung benutzt, bei der der Reaktor innerhalb vorbestimmter Leistungsgrenzen zwischen der maximal möglichen Leistung und einer unteren Leistungsgrenze geregelt wird. Bei dem bekannten Reaktorkonzept betragen die Leistungsgrenzen 100 % und 40 %.
  • Bei einer Lastabsenkung auf beispielsweise 40 % entsteht durch verringerten Xenon-135-Einfang aufgrund des abgesenkten Neutronenflusses und anfangs noch voller Xenon-135-Produktion durch Jod-Zerfall vorübergehend nach etwa 5 Stunden eine maximale Xenon-135-Vergiftung. Durch Ausfahren fast aller eingefahrenen Reflektorstäbe kann der Reaktor kritisch gehalten werden. Wird der Reaktor anschließend längere Zeit auf 40 % Teillast gefahrein; stellt sich eine Xenon-135-Konzentration ein, die geringfügig unter dem Wert bei Vollast liegt, da sich die Produktion des Spaltproduktes Jod an die verringerte Leistung angepaßt hat, und es sind einige Reflektorstäbe zur Kompensation der Überschußreaktivität wieder einzufahren. Wird der Reaktor von längerer Teillast wieder schnell auf Vollast gebracht, entsteht eine Verringerung der Xenon-135-Konzentration durch erhöhten Neutroneneinfang. Durch Einfahren nahezu aller Reflektorstäbe wird ein Überkritischwerden des Reaktors vermieden.
  • Um die in der Reaktortechnik verlangten hohen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, ist bei dem bekannten Reaktorkonzept ein weiteres Abschaltsystem (Notabschaltsystem) vorgesehen, bei dem ein Absorbermittel, beispielsweise ein neutronenabsorbierendes Gas wie Bortrifluorid oder kleine Absorberkugeln, in den Reaktorkern eingespeist wird. Diese Maßnahme wird dann schiebbar sind. Dieser bekannte Kernreaktor besitzt den Nachteil, daß er nur über ein Abschaltsystem verfügt, so daß bei Ausfall des der Abschaltung dienenden Teils der Regel- und Abschalteinrichtung kein weiteres Abschaltsystem (Notabschaltsystem) in Tätigkeit gesetzt werden kann.
  • Bei einem weiteren gasgekühlten Kernreaktor mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, die nach einmaligem Durchlaufen des Reaktorkerns den gewünschten Endabbrand erreicht haben, bilden die Kernstäbe ein erstes Abschaltsystem, das für die Voll- oder Langzeitabschaltung vorgesehen ist, und die Teil- oder Langzeitabschaltung des Kernreaktors erfolgt durch ein zweites, von dem ersten unabhängiges Abschaltsystem, das im Deckenreflektor und in dem von dem Deckenreflektor und der Brennelementschüttung begrenzten Hohlraum bewegbare Absorberstäbe umfaßt (Offenlegungsschrift 26 12 178). Die Schnellast-und Feinregelung dieses Kernreaktors wird mittels (Seiten-) Reflektorstäben vorgenommen. Die Reflektorstäbe sind fast immer in den Seitenreflektor eingefahren, und zwar bis zu einer Tiefe von 70 %. Sie erniedrigen den Neutronenfluß im Seitenreflektor und schützen damit den Graphit vor einer zu hohen Neutronendosis (die im oberen Drittel des Reaktorkerns aufgrund seines Neutronenflußprofils besonders hoch ist).
  • Bekannt ist ferner ein gasgekühlter Kernreaktor mit kugelförmigen Brennelementen, der ebenfalls über zwei voneinander un.abhängige Abschaltsysteme verfügt (Offenlegungsschrift 24 51 748).
  • Das erste, für die Teil- oder Schnellastabschaltung bestimmte Abschaltsystem umfaßt eine ausgewählte Anzahl von Reflektorstäben, während das zweite, der Voll- oder Langzeitabschaltung dienende Abschaltsystem von den Kernstäben gebildet wird.
  • Die Aufgaben der Fein- und Schnellastregelung werden von einigen Reflektorstäben übernommen, die nicht dem ersten Abschaltsystem angehören. Zur Schnellastregelung können auch zusätzlich Kernstäbe benutzt werden. Bei Kernreaktoren mit Brennelementen9 die den Reaktorkern nur einmal durchlaufen, wird die Feinregelung und/oder Schnellastregelung vornehmlich mit Kernstäben durchgeführt.
  • Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, bei einem Hochtemperaturreaktor der eingangs beschriebenen Bauart die bei einem Reaktivitätsstörfall auftretenden Schadensauswirkungen in der Umgebung des Hochtemperaturreaktors so gering wie möglich zu halten.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der für Regel aufgaben vorgesehene Teil der Reflektorstäbe auf zwei Gruppen aufgeteilt ist9 von denen die eine Stabgruppe die Feinregelung und die andere Stabgruppe die Schnellastregelung übernimmt; daß die Stäbe der Gruppe für die Feinregelung in beiden Richtungen mit großer Geschwindigkeit, aber geringem Reaktivitätshub ß Kl bewegbar sind, daß die Stäbe der Gruppe für die Schnellastregelung in beiden Richtungen mit geringer Geschwindigkeit und einem für die Lastkurve ausreichenden Reaktivitätshub A K2 bewegbar sind und daß für die Reflektorstäbe des ersten Abschaltsystems sowie die Kernstäbe des zweiten Abschaltsystems eine Ausfahrgeschwindigkeit vorgegeben ist, die um ein Mehrfaches niedriger ist als deren Einfahrgeschwindigkeit, wobei das Verhältnis der beiden Stabgeschwindigkeiten so festgelegt ist, daß bei Eintreten eines Reaktivitätsstörfalles mit versagender Schnellabschaltung die Auslösung einer Notmaßnahme rechtzeitig erfolgen kann.
  • Als Reaktivitätsstörfall wird der hypothetische Störfall vorausgesetzt, bei dem ein Absorberstab bzw. eine Absorberstabgruppe mit maximaler Wirkung aus eingefahrener Position unbeabsichtigt mit seiner bzw. ihrer vorgegebenen Ausfahrgeschwindigkeit bis in die Endstellung ausfährt und die Schnellabschaltung, also das von Reflektorstäben gebildete erste Abschaltsystem, nicht ausgelöst wird. Als Auslösefaktor ist in an sich bekannter Weise eine Neutronenflußmessung oder eine diversitäre Messung der Heißgastemperatur vorgesehen.
  • Tritt der eben beschriebene Störfall ein, so steigt die Temperatur in dem Reaktorkern an und nähert sich in kürzer Zeit dem Bereich von 1600 OC - 1700 °C, in dem die in den Brennelementen enthaltenen beschichteten Spaltstoffteilchen (coated particles) in großer Zahl zerstört und die Spaltprodukte in den Primärkreislauf freigesetzt werden. Die Zeitspanne zwischen dem Eintreten des Störfalles und dem Erreichen der genannten kritischen Temperatur muß dazu genutzt werden, erforderliche Gegenmaßnahmen einzuleiten. Gelingt es, diese Gegenmaßnahmen rechtzeitig wirksam werden zu lassen, so kann die Gefährdung der Umgebung des Hochtemperaturreaktors auf ein Minimum begrenzt werden. Der Erfolg der eingeleiteten Gegenmaßnahmen hängt also das von ab, wie groß die zur Verfügung stehende Zeitspanne ist.
  • Diese wiederum wird bestimmt von der Ausfahrgeschwindigkeit der Absorberstäbe, der damit eine große Bedeutung beizumessen ist.
  • Bei den bisherigen Konzepten für Hochtemperaturreaktoren ist die Ausfahrgeschwindigkeit der Absorberstäbe, die für die Abschaltung vorgesehen sind, mit deren Einfahrgeschwindigkeit gekoppelt. Letztere richtet sich nach der Reaktivität, die für die Schnell- oder Langzeitabschaltung einzubringen ist. Erstere soll möglichst groß sein, damit der Reaktor nach einer Abschaltung nicht zu lange still steht.
  • An die für Regelaufgaben bestimmten Absorberstäbe werden zwei Anforderungen gestellt: einerseits müssen (für die Feinregelung) kleine ReaktivitStsänderungen sehr schnell in beiden Richtungen bewirkt werden (ca. 0,1 Nile in wenigen Sekunden); andererseits müssen Reaktivitätsänderungen von mehreren Nile während des Teillastbetriebes kompensiert werden können, wofür jedoch ein Zeitraum von mehreren Stunden zur Verfügung steht. Um beiden Anforderungen gerecht zu werden, ist das Regelstabsystem bisher so ausgeführt worden, daß große Reaktivitätsänderungen mit großer Geschwindigkeit vorgenommen werden können Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun - um die für die Auslösung einer Notabschaltung zur Verfügung stehende Zeitspanne zu erweitern - zwei Maßnahmen vorgeschlagen. Zum einen wird bei den das erste Abschaltsystem bildenden Reflektorstäben sowie bei den das zweite Abschaltsystem bildenden Kernstäben die Ausfahrgeschwindigkeit von der Einfahrgeschwindigkeit abgekoppelt und um ein Mehrfaches erniedrigt. Zum anderen werden die für die Regelung bestimmten Reflektorstäbe in zwei Gruppen unzerteilt9 und jeder Gruppe wird eine Regelaufgabe zugewiesen.
  • Die eine Gruppe der Reflektorstäbe übernimmt die Schnellastregelung und ist ihrer Funktion entsprechend in beiden Richtungen mit einer geringen Stabgeschwindigkeit bewegbar; sie verfügt über einen für die Lastkurve ausreichenden Reaktivitätshub t K2.
  • Die andere Stabgruppe'die für die Feinregelung bestimmt ist, kann mit relativ großer Stabgeschwindigkeit in dem Seitenreflektor bewegt werden. Um bei ungewolltem Ausfahren eines oder der ganzen Gruppe dieser Stäbe eine genügend große Zeitspanne für einzuleitende Gegenmaßnahmen zur Verfügung zu haben, muß der Reaktivitätshub ß K1 jedes dieser Absorberstäbe hinreichend klein sein. D.h. ß K1 wird so gering gehalten, daß selbst bei unbeansichtigtem Ausfahren der Reflektorstäbe dieser Gruppe mit versagender Schnellabschaltung im Reaktorkern nur eine mäßige Erhöhung der Temperatur eintritt. Der Abstand dieser erhöhten Temperatur von der Temperatur, bei der die coated particles zerstört würden, muß so groß sein, daß auch im Falle des zusätzlichen Versagens aller Wärmeabfuhrsysteme eine mehrstAndige Verzögerung bis zur Freisetzung von Spaltprodukten gesichert ist.
  • Für die Regelung eines Hochtemperaturreaktors stellt seineröße die wichtigste Einflußgröße dar. Je größer der Reaktorkern ist, um so weniger Reaktivität kann durch die Reflektorstäbe für die Schnellastregelung aufgebracht werden. Bei größeren Reaktoren oder auch bei besonderen Reaktortypen kann es daher zweckmäßig sein, für die Schnellastregelung zusätzlich'einige Kernstäbe einzusetzen.
  • Die gemäß der Erfindung bei versagender Schnellabschaltung auszulösende Notabschaltmaßnahme kann vorzugsweise darin bestehen, ein Absorbermittel in den Reaktorkern einzuspeisen. Dieses Notabschaltsystem muß so ausgelegt sein, daß ausreichende Reaktivität durch das Absorbermittel mehrfach redundant kompensiert werden kann.
  • Als Absorbermittel können beispielsweise aus Absorbermaterial bestehende Kugeln verwendet werden, deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser der kugelförmigen Brennelemente ist. Die Größe der Absorberkugeln ist so festgelegt, daß sie von den Lücken zwischen den kugelförmigen Brennelementen gerade noch eingefangen werden können, wie in der Offenlegungsschrift 23 25 828 beschrieben.
  • Eine wesentliche Rolle bei der Verwendung von kleinen Absorberkugeln für die Notabschaltung spielt die Auslösung dieser Maßnahme. Einerseits muß die Auslösung inhärent wirksam sein, um das Restrisiko beim Betreiben eines Hochtemperaturreaktors minimal zu halten; andererseits muß sie schnell genug erfolgen, damit bei Versagen der Schnellabschaltung der Anstieg der Reaktorleistung und die daraus resultierende Temperaturerhöhung auf ein Maß begrenzt werden können, das eine Zerstörung von coated particles ausschließt. Eine Auslösung durch Messung der Heißgastemperatur könnte zwar eventuell früh genug erfolgen; sie wäre jedoch nicht inhärent wirksam.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird deshalb die Einspeisung der Absorberkugeln durch eine temperaturabhängige Einrichtung ausgelöst, die bei Anstieg der Kaltgastemperatur über eine vorgegebene Schwelle anspricht. Diese Schwelle muß weit genug über der Betriebstemperatur liegen. Sie muß aber auch so hoch sein, daß eine Auslösung der Schnellabschaltung durch die diversitäre Heißgastemperaturmessung in jedem Fall früher folgen würde als die Auslösung. des Notabschaltsystems durch die Messung der Kaltgastemperatur.' Anderenfalls würde das Notabschaltsystem unnötig ausgelöst, wenn nur die erste Anregung der Schnellabschaltung (Neutronenflußmessung) versagt, nicht aber die zweite Anregung (diversitäre Heißgastemperaturmessung).
  • Die vorgegebene Schwelle für die Auslösung des Notabschaltsystems kann ca. 100 bis 150 OC über der Kaltgasbetriebstemperatur liegen. Da durch die in den Reaktorkern eingespeisten kleinen Absorberkugeln hinreichend negative Reaktivität eingebracht werden kann9 werden bei dem erfindungsgemäßen Hochtemperaturreaktor auch hypothetische Reaktivitätsstörfälle beherrscht, an denen nicht nur ein Absorberstab bzw. eine Gruppe von Absorberstäben beteiligt sein darf. Voraussetzung für die rechtzeitige Auslösung des Notabschaltsystems ist die gemäß der Erfindung vorgesehene Herabsetzung der Ausfahrgeschwindigkeit der Absorberstäbe. Es muß unter allen Umständen (auch beim Versagen der Antriebe der Absorberstäbe) sichergestellt sein, daß die Stäbe nur mit hinreichend niedriger Geschwindigkeit ausfahren können.
  • Vorzugsweise wird als temperaturabhängige Einrichtung zur Auslösung der Notabschaltung eine Schmelzsicherung verwendetr die bei Anstieg der Kaltgastemperatur über die vorgegebene Schwelle automatisch anspricht. Sie ist inhärent wirksam, so daß eine sichere Abschaltung des Hochtemperaturreaktors gemäß der Erfindung selbst dann erfolgt, wenn bei einem Reaktivitätsstörfall sowohl die erste als auch die zweite Anregung versagen sollten.
  • Soll vermieden werden, daß das Notabschaltsystem zu häufig angefordert wird (die Einspeisung eines Absorbermittels in den Reaktorkern führt wegen der für seine Wiederentfernung aufzuwendenden Zeit zu einer längeren Reaktorstillstandszeit); so kann vorteilhafterweise das von den Kernstäben gebildete zweite Abschaltsystem mit einer Einrichtung gekoppelt sein, die bei Versagen der Schnellabschaltung automatisch das Einfahren alle ganz oder teilweise ausgefahrenen Kernstäbe in Gang setzt.
  • Die durch einen ausfahrenden Absorberstab eingebrachte positive Reaktivität wird auch bei ungünstigen Stabkonstellationen durch den Reaktivitätseinfluß aller einfahrenden Kernstäbe überkompensiert, wenn die einfahrenden Kernstäbe praktisch bei Störfallbeginn starten. Daher muß das zweite Abschaltsystem bei Versagen der Schnellabschaltung automatisch und möglichst sofort angefordert werden, damit die gewünschte Wirkung rechtzeitig erzielt wird.
  • Der Ausfall der Schnellabschaltung kann mittels Neutronenflußmessung oder einer diversitären Messung der Heißgastemperatur festgestellt werden. Da diese Messungen erst nach Uberschreitung eines gewissen Schwellenwertes den Ausfall der Schnellabschaltung melden, kann das zweite Abschaltsystem nur verzögert gegen den Störfallbeginn ausgelöst werden. Voraussetzung für ein rechtzeitiges Wirksamwerden des zweiten Abschaltsystems im Fall des Versagens der Schnellabschaltung ist daher ein hinreichend langsames Ausfahren der Absorberstäbe, wie es erfindungsgemäß vorgesehen ist. Die Ausfahrgeschwindigkeit der Absorberstäube muß um so viel niedriger als deren Einfahrgeschwindigkeit sein, daß die beim Einfahren der Kernstäbe eingebrachte negative Reaktivität trotz der verspäteten Auslösung möglichst früh während des Einfahrvorganges eine ausreichende Kompensation ergibt. Das Verhältnis Einfahrgeschwindigkeit zu Ausfahrgeschwindigkeit sollte sogar so gewählt werden, daß auch eine weitere Verzögerung bei der Anforderung des zweiten Abschaltsystems (die dann auftritt, wenn die erste Anregung versagt und die Auslösung erst durch das diversitäre Signal erfolgt) nicht den rechtzeitigen Einsatz dieses Abschaltsystems in Frage stellt.
  • Die automatische Einschaltung des zweiten Abschaltsystems bei Versagen der Schnellabschaltung ist keine inhärent sichere Maßnahme (d.h. sie ist nicht unabhängig vom Störfallverlauf); sie kann daher die Notabschaltung mit eingespeisten Absorberkugeln nicht ersetzen. Sie erweist sich jedoch als sehr sinnvoll, da es auf diese Weise möglich ist, die Wahrscheinlichkeit des Einsatzes der Notabschaltung herabzusetzen.
  • Die Verfügbarkeit des zweiten Abschaltsystems für seine eigentliche Aufgabe, die Voll- und Langzeitabschaltung, wird durch den Einsatz der Kernstäbe bei versagende-r Schnellabschaltung so gut wie nicht beeinträchtigt, da die Schnellabschaltung selbst nur bei Reaktivitätsstörfällen, Fehlanregungen, planmäßigen Abschaltungen und bei Störfällen erfolgt, die eine längere Reparatur erforderlich machen.
  • Wie bereits beschrieben, spielt die Zeitspanne zwischen dem Eintreten eines Störfalles und dem Erreichen der für die coated particles kritischen Temperatur eine wichtige Rolle für die Sicherheit eines Hochtemperaturreaktors. Sie wird gemäß der Erfindung dadurch verlängert, daß die Ausfahrgeschwindigkeit des größten Teils der Absorberstäbe möglichst niedrig gehalten wird. Maßgebend für die genannte Zeitspanne ist jedoch nicht allein die Stabausfahrgeschwindigkeit, sondern der Quotient ß dK/ d t (d.h. gesamter ReaktivitStshub/Ausfahrzeit). Eine Verlängerung der zur Einleitung von Gegenmaßnahmen zur Verfügung stehenden Zeitspanne läßt sich daher nicht nur durch eine Herabsetzung der Stabausfahrgeschwindigkeit erreichen, sondern auch durch eine Erniedrigung des ReaktiVitätshubes.
  • Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung ist daher vorgesehen, in bestimmten Fällen den Reaktivitätshub 1K der ein-2 zelnen Reflektorstäbe für die Schnellastregelung unter den für die Lastkurve ausreichenden Wert zu erniedrigen und das während des Reaktorbetriebes erforderliche Ein- oder Ausbringen von negativer Reaktivität durch Bankfahren aller oder fast aller Reflektorstäbe für die Schnellastschaltung vorzunehmen.
  • Auf diese Weise wird nur eine geringe Einfahrtiefe benötigt, und bei einem unbeabsichtigten Ausfahren einzelner Stäbe kann nur ein entsprechend geringer Reaktivitätsbeitrag freigesetzt werden0 Voraussetzung ist hierfür allerdings, daß die einzelnen Stäbe oder Stabgruppen gegen gleichzeitiges Ausfahren elektronisch und mechanisch verriegelt sind.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochtemperaturreaktors schematisch dargestellt. Die Figuren zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch den Hochtemperaturreaktor, dessen Kern von einer Schüttung kugelfrmiger Brennelemente gebildet wird, Figur 2 einen Querschnitt durch den Reaktorkern in vergrößerter Darstellung.
  • Die Figur 1 läßt einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor erkennen, der im wesentlichen einen Spannbetonbehälter t und den von diesem umschlossenen Kern 2 umfaßt. Der Kern 2 besteht aus einer Schüttung 3 kugelförmiger Brennelemente, die über eine nicht näher gezeigte Beschickungsanlage durch ein Zugaberohr 4 oben dem Kern 2 zugegeben und unten über ein Abzugsrohr 5 aus dem Kern abgezogen werden. Der Hochtemperaturreaktor kann im sogenannten Einfachdurchlaufverfahren betrieben werden, d,h, es werden nur frische Brennelemente in den Kern 2 eingegeben, und diese haben nach einmaligem Durchlaufen des Kerns ihren Endabbrand erreicht, worauf sie aus dem Kern abgezogen werden.
  • Der Kern 2 ist von einem Reflektor umgeben, der aus einem Deckenreflektor 6, einem zylindrischen Seitenreflektor 7 und einem Bodenreflektor 8 gebildet ist. Die Brenneiementschüttung 3 wird von oben nach unten von Kühlgas durchströmt, was durch Pfeile angedeutet ist (die Zu- und Abführung des Kühlgases ist nicht weiter dargestellt).
  • Die Abschaltung des Hochtemperaturreaktors erfolgt mit Hilfe zweier Abschaltsysteme. Das erste Abschaltsystem 11, das für die Teil- oder Schnellabschaltung vorgesehen ist, besteht aus Reflektorstäben 9, d.h. aus Absorberstäben, die in besonderen Öffnungen 10 in dem Seitenreflektor 7 bewegt werden. Das zweite Abschaltsystem 12, das für die Voll- oder Langzeitabschaltung benutzt wird, umfaßt eine Anzahl von Kernstäben 13, d.h.
  • von Absorberstäben, die direkt von oben in die Brennelementschüttung 3 eingefahren werden. Die Kernstäbe 13 werden pneumatisch und die Reflektorstäbe 9 elektrisch angetrieben. Die Antriebe der beiden Abschaltsysteme 11 und 12 sind voneinander unabhängig.
  • Weitere Reflektorstäbe 14 sind für die Regelung des Hochtemperaturreaktors vorgesehen, wobei diese Reflektorstäbe auf zwei Gruppen aufgeteilt sind, die verschiedene Regelaufgaben über nehmen. Eine erste Gruppe von Reflektorstäben 14a dient der Feinregelung. Diese Stäbe können in beiden Richtungen mit großer Geschwindigkeit bewegt werden, sind aber mit einem geringen Reaktivitätshub iLK1 ausgestattet. Die zweite Gruppe der für Regelungsaufgaben bestimmten Stäbe mit Refiektorstäben 14b übernimmt die Schnellastregelung. Die Stäbe 14b werden in-beiden Richtungen mit geringer Geschwindigkeit gefahren. Der Reaktivitätshub t K2 ist so festgelegt, daß er für die verschiedenen Laststufen ausreicht.
  • Die Stäbe 9 des ersten Abschaltsystems 11 sowie die Stäbe 13 des zweiten Abschaltsystems 12 werden mit einer Geschwindigkeit ausgefahren, die bedeutend geringer ist als die Einfahrgeschwindigkeit dieser Stäbe.
  • Die Schnellabschaltung wird durch ein Signal ausgelöst, das durch eine Neutronenflußmessung oder eine diversitäre Messung der Heißgastemperatur gewonnen wird. Bei Versagen der Schnellabschaltung wird automatisch das zweite Abschaltsystem 12 angefordert, und zwar ebenfalls über eine Neutronenfluß- oder Heißgastemperaturmessung.
  • Der Hochtemperaturreaktor ist noch mit einem Notabschaltsystem ausgestattet, das darin besteht, eine große Anzahl von kleinen Absorberkugeln in die Brennelementschüttung 3 einzuspeisen. Die Notschaltung wird durch eine temperaturabhängige Einrichtung, z,B. eine Schmelzsicherung, ausgelöst, die in dem Kaltgassammeiraum 15 angeordnet ist (nicht dargestellt). Diese Einrichtung spricht an, sobald die Kaltgastemperatur eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Diese Schwelle liegt etwa 100 bis 150 °C über der Kaltgasbetriebstemperatur.

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1Hochtemperaturreaktor mit einem Kern aus kugelförmigen Brennelementen, der von einem Deckenreflektor, einem zylindrischen Seitenreflektor und einem Bodenreflektor umgeben ist, mit in Öffnungen des Seitenreflektors einfahrbaren Absorberstäben (Reflektorstäben), von denen ein erster Teil ein Abschaltsystem für die Teil- oder Schnellabschaltung bildet (erstes Abschaltsystem) und ein zweiter Teil fürRegelaufgaben vorgesehen ist, und mit in den Kern einfahrbaren Absorberstäben (Kernstäben), die ein Abschaltsystem für die Voll- oder Langzeitabschaltung bilden (zweites Abschaltsystem), dadurch gekennzeichnet, daß der für Regelaufgaben vorgesehene Teil (14) der Reflektorstäbe auf zwei Gruppen aufgeteilt ist, von denen die eine Stabgruppe (14a) die Feinregelung und die andere Stabgruppe (14b3 die Schnellastregelung übernimmt, daß die Stäbe der Gruppe (14a) für die Feinregelung in beiden Richtungen mit großer Geschwindigkeit, aber geringem Reaktivitätshub A K1 bewegbar sind, daß die Stäbe der Gruppe (14b) für die Schnellastregelung in beiden Richtungen mit geringer Geschwindigkeit und einem für die Lastkurve ausreichenden Reaktivitätshub ß K2 bewegbar sind und daß für die Reflektorstäbe (9) des ersten Abschaltsystems (11) sowie die Kernstäbe (13) des zweiten Abschaltsystems (12) eine Ausfahrgeschwindigkeit vorgegeben ist, die um ein Mehrfaches niedriger ist als deren Einfahrgeschwindigkeit, wobei das Verhältnis der beiden Stabgeschwindigkeiten so festgelegt ist, daß bei Eintreten eines Reaktivitätsstörfalles mit versagender Schnellabschaltung die Auslösung einer Notabschaltmaßnahme rechtzeitig erfolgen kann.
  2. 2. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, dadurch geknnzeichnet, daß neben der Reflektorstabgruppe (14b) für die Schnellastregelung auch einige Kernstäbe (13) zur Schnellastregelung herangezogen werden.
  3. 3. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Notabschaltmaßnahme die Einspeisung eines Absorbermittels in den Reaktorkern (2) vorgesehen ist.
  4. 4. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Absorbermittel aus Absorbermaterial bestehende Kugeln verwendet werden, deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser der kugelförmigen Brennelemente ist.
  5. 5. Hochtemperaturreaktor nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung der Absorberkugeln durch eine temperaturabhängige Einrichtung ausgelöst wird, die bei Anstieg der Kaltgastemperatur über eine vorgegebene Schwelle anspricht.
  6. 6. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängige Einrichtung eine Schmelzsicherung verwendet wird.
  7. 7. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von den Kernstäben (13) gebildete zweite Abschaltsystem (12) mit einer Einrichtung gekoppelt ist, die bei Versagen der Schnellabschaltung automatisch das Einfahren aller ganz oder teilweise ausgefahrenen Kernstäbe (13) in Gang setzt.
  8. 8. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfall der Schnellabschaltung mittels Neutronenflußmessung oder einer diversitären Messung der Heißgastemperatur festgestellt wird.
  9. 9 Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktivitätshub A K2 der einzelnen Reflektorstäbe (14b) für die Schnellastregelung unter den für die Lastkurve ausreichenden Wert erniedrigt und das während des Reaktorbetriebes erforderliche Ein- oder Ausbringen von negativer Reaktivität durch Bankfahren aller oder fast aller Reflektorstäbe (14b) für die Schnellastregelung vorgenommen wird.
DE19813149536 1981-12-15 1981-12-15 Hochtemperaturreaktor mit einem kern aus kugelfoermigen brennelementen Ceased DE3149536A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19813149536 DE3149536A1 (de) 1981-12-15 1981-12-15 Hochtemperaturreaktor mit einem kern aus kugelfoermigen brennelementen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19813149536 DE3149536A1 (de) 1981-12-15 1981-12-15 Hochtemperaturreaktor mit einem kern aus kugelfoermigen brennelementen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3149536A1 true DE3149536A1 (de) 1983-07-21

Family

ID=6148710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19813149536 Ceased DE3149536A1 (de) 1981-12-15 1981-12-15 Hochtemperaturreaktor mit einem kern aus kugelfoermigen brennelementen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3149536A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3619730A1 (de) * 1986-06-12 1987-12-17 Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh Leistungsregelung von kugelhaufenreaktoren mit corestaeben
EP3065137A4 (de) * 2013-10-31 2017-06-14 Joint Stock Company "Akme-Engineering" Verfahren zur gewährleistung von schneller reaktorkernsubkritikalität unter unsicheren bedingungen hinsichtlich der neutronenphysikalischen eigenschaften davon
EP2495730B1 (de) * 2009-10-29 2019-04-03 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kernkraftanlage und betriebshilfsverfahren für eine kernkraftanlage

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1003723A (en) * 1963-08-05 1965-09-08 Gen Dynamics Corp Improvements in or relating to shutdown apparatus for nuclear reactors
DE2325828A1 (de) * 1973-05-22 1974-12-19 Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh Verfahren zur beeinflussung der reaktivitaet eines gasgekuehlten kernreaktors
DE2451748A1 (de) * 1974-10-31 1976-05-06 Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh Gasgekuehlter kernreaktor und verfahren zum steuern und regeln des reaktors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1003723A (en) * 1963-08-05 1965-09-08 Gen Dynamics Corp Improvements in or relating to shutdown apparatus for nuclear reactors
DE2325828A1 (de) * 1973-05-22 1974-12-19 Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh Verfahren zur beeinflussung der reaktivitaet eines gasgekuehlten kernreaktors
DE2451748A1 (de) * 1974-10-31 1976-05-06 Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh Gasgekuehlter kernreaktor und verfahren zum steuern und regeln des reaktors

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"VGA-Kernkraftwerks-Seminar" (1970) S. 57-59 und 183-186 *
Tagungsberichte zur Reakortagung 1971 in Bonn, S. 367-370 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3619730A1 (de) * 1986-06-12 1987-12-17 Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh Leistungsregelung von kugelhaufenreaktoren mit corestaeben
EP2495730B1 (de) * 2009-10-29 2019-04-03 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kernkraftanlage und betriebshilfsverfahren für eine kernkraftanlage
EP3065137A4 (de) * 2013-10-31 2017-06-14 Joint Stock Company "Akme-Engineering" Verfahren zur gewährleistung von schneller reaktorkernsubkritikalität unter unsicheren bedingungen hinsichtlich der neutronenphysikalischen eigenschaften davon

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2535654C2 (de)
DE2715433B2 (de) Verfahren zum Schnellabsenken der Leistung eines Druckwasserreaktors
DE3316037C2 (de)
DE2827442A1 (de) Verfahren zur steuerung von reaktivitaetswirkungen aufgrund leistungsaenderung in druckwasser-kernreaktoren
DE2612178A1 (de) Verfahren zum abschalten und regeln eines gasgekuehlten kernreaktors
DE2007564B2 (de) Verfahren zur leistungsregelung eines druckwasserreaktors
DE3149536A1 (de) Hochtemperaturreaktor mit einem kern aus kugelfoermigen brennelementen
DE2609231A1 (de) Regeleinrichtung fuer einen kernreaktor
DE2516123B2 (de) Verfahren zum Abführen der Zerfallswärme radioaktiver Spaltprodukte
DE2451748A1 (de) Gasgekuehlter kernreaktor und verfahren zum steuern und regeln des reaktors
EP1075696B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung des leistungsanstiegs beim anfahren eines kernreaktors (diversitäre exkursionsüberwachung)
CH672205A5 (de)
DE2831028C3 (de) Vorrichtung zum Betätigen der Notabschaltung eines Kernreaktors
DE2752028A1 (de) Gasgekuehlter graphitmoderierter kernreaktor
DE3446141A1 (de) In einem stahldruckbehaelter untergebrachte kernreaktoranlage mit einem gasgekuehlten ht-kleinreaktor
DE3805736C2 (de)
DE3047961C2 (de) Verfahren zum Regeln und Abschalten eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente
WO2000057427A1 (de) Reaktorsteuerungssystem und -verfahren
EP1208569B1 (de) Verfahren zur entnahme abgebrannter brennelemente aus einem kugelhaufen-hochtemperaturreaktor
DE3335269C2 (de)
DE4441751C1 (de) Schnellabschaltsystem und Verfahren zur Schnellabschaltung eines Kernreaktors
DE2726364A1 (de) Kernreaktor mit zwei abschaltsystemen
DE3242760A1 (de) Verfahren zum abschalten eines hochtemperaturreaktors mit einer schuettung kugelfoermiger brennelemente
DE1489671C (de) Verfahren zum Betreiben eines Kernreaktors mit wenigstens zwei voneinander getrennten Spaltzonen
DE3435814C2 (de) Reaktorkern für einen Druckwasser-Kernreaktor

Legal Events

Date Code Title Description
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GMBH, 4600 DORTMUND, DE

8110 Request for examination paragraph 44
8131 Rejection