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Hochtemperaturreaktor mit einem Kern aus
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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eingeleitet, wenn das von den Kernstäben gebildete Abschaltsystem
aus irgendwelchen Gründen nicht voll funktionsfähig ist.
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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.
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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.
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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 %.
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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.
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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.
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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).
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Bekannt ist ferner ein gasgekühlter Kernreaktor mit kugelförmigen
Brennelementen, der ebenfalls über zwei voneinander un.abhängige Abschaltsysteme
verfügt (Offenlegungsschrift 24 51 748).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese wiederum wird bestimmt von der Ausfahrgeschwindigkeit der Absorberstäbe,
der damit eine große Bedeutung beizumessen ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.