-
-
Kernreaktor
-
Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor, insbesondere mit Wasserkühlung,
mit einem annähernd zylindrischen Reaktorkern, der in einem Reaktordruckbehälter
eingeschlossen ist und aus Brennelementen mit polygonalem Querschnitt besteht, über
den eine Vielzahl von Brennstäben verteilt ist, die mit Abstandshaltern und je einem
Kopf- und Fußstück zu einem Brennelement zusammengefaßt sind. Bei solchen Kernreaktoren
kann der metallische Reaktordruckbehälter durch die Neutronenstrahlung des Reaktorkerns
versprödet werden. Deshalb ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Abschirmung des
Reaktordruckbehälters zu schaffen, die einfach aufgebaut und zu montieren ist und
insbesondere auch als Nachrüstung bei Kernreaktoren herkömmlicher Bauweise eingesetzt
werden kann.
-
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß am Rand des Reaktorkerns Blindelemente
angeordnet sind, die die gleichen Querschnitts- und Längenabmessungen wie die Brennelemente
aufweisen und anstelle der Brennstäbe parallel zueinander und zum Kernrand angeordnete
rechteckige Platten aus neutronenabsorbierendem Material, vorzugsweise aus nichtrostendem
Stahl, umfassen, wobei die Länge des Rechtecks annähernd so groß wie die Länge des
Blindelements und die Breite gleich der Querschnittsbreite des Blindelements ist.
-
Die Platten wirken bei der Erfindung als Abschirmung,
so
daß die Intensität der vom Kern ausgehenden Neutronenstrahlen stark reduziert wird.
Dennoch ist für diese Abschirmung kein besonderer baulicher Aufwand erforderlich.
Vielmehr genügt es, Brennelemente am Rand des Reaktorkerns durch die erfindungsgemäßen
Blindelemente zu ersetzen. Sie bilden dann eine Abschirmung, die praktisch vollständig
geschlossen ist. Dabei laufen die Platten in den Ecken des aus den polygonalen Brennelementen
zusammengesetzten Reaktorkerns in einen Winkel zueinander, der durch den Brennelementquerschnitt
bestimmt ist. Bei den üblichen quadratischen Brennelementquerschnitten moderner
Druck- und Siedewasserreaktoren stehen die Platten benachbarter Blindelemente dort
also senkrecht zueinander.
-
Als Material für die Platten wird vorzugsweise Stahl verwendet, der
an sich sehon als Abschirmmaterial dienen kann. Zur Steigerung der Einfangwirkung
für Neutronen kann der Stahl mit Bor angereichert sein (Borstahl).
-
Es können aber auch andere Werkstoffe benutzt werden, die, wie zum
Beispiel boriertes Aluminium, für die Neutronenabschirmung geeignet sind und sich
auch durch Temperaturbeständigkeit und Korrosionsfestigkeit auszeichnen.
-
Die Platten werden vorzugsweise unter Zwischenlage von Federelementen
gegeneinander gepreßt. Solche Federelemente können insbesondere Tellerfeder aus
rostfreiem Stahl sein. Mit der Federung kann erreicht werden, daß die Haltekraft,
die eine Festlegung der Platten in Längsrichtung der Blindelemente ergibt, begrenzt
bleibt, so daß temperaturbedingte Wärmedehnungen möglich sind.
-
Die Federelemente können vorteilhaft auf Schrauben
sitzen,
die die Platte durchdringen und den Zwischenraum zwischen den Platten auf höchstens
den gleichen Durchlaßquerschnitt begrenzen wie in einem Brennelement im Bereich
der Abstandshalter. Damit kann die eine Kühlung bewirkende Strömung durch die Blindelemente
auf ein geeignetes Maß begrenzt werden. Angestrebt wird dabei, daß die in den Platten
entstehende Wärmeentwicklung ohne Überhitzung, aber auch ohne Unterkühlung vom Kühlmittel
aufgenommen wird. Mit Unterkühlung ist gemeint, daß das die Platten umströmende
Kühlmittel im Verhältnis zur Aufwärmspanne des Reaktorkerns nur unzureichend erwärmt
wird.
-
Die Platten haben bei einem Reaktorkern mit Brennelementen quadratischen
Querschnitt alle die gleiche Breite und Länge. Ihre Dicke beträgt einige Millimeter,
sie liegt Jedoch vorzugsweise im Bereich des einfachen bis doppelten Brennstabdurchmessers.
Bei anderen Querschnittsformen, zum Beispiel bei Sechsecken, kann der Querschnitt
der Platten ein der Sechseckform angepaßtes Trapez sein. In allen Fällen kann es
jedoch günstig sein, wenn einzelne Platten einen aus der Rechteckfläche herausragenden
Vorsprung zur Distanzierung von einer den Reaktorkern umschließenden Wand haben.
-
Hiermit wird eine sichere Abstützung gegenüber der den Reaktorkern
umschließenden Wand erreicht.
-
Die Platten können ferner an ihren Enden mit den gleichen Kopf- und
Fußstücken wie die Brennelemente versehen sein. Dies ist besonders günstig für den
Fall einer Nachrüstung bestehender Kernreaktoren. Aber auch sonst ist es vorteilhaft,
daß dann für den Ein-und Ausbau der erfindungsgemäßen Blindelemente sowie für die
Festlegung im Kernverband keine anderen Mittel
w B benötigt werden
als für die normalen Brennelemente.
-
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden
Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 die Draufsicht
auf den Reaktorkern eines Druckwasserreaktors, die Fig. 2 ist eine zum Teil geschnittene
Seitenansicht eines Blindelements nach der Erfindung. In Fig. 3 ist eine zu der
Fig. 2 um 900 gedrehte Ansicht zu sehen.
-
In Fig. 1 ist von einem Druckwasserreaktor schematisch der Reaktordruckbehälter
1 gezeichnet. Er besteht aus Stahl und umschließt mit seinem zylindrischen Mantel
den annähernd zylindrischen Reaktorkern 2. Der Reaktorkern 2 ist aus 193 Elementen
3 mit quadratischem Querschnitt zusammengesetzt und wird von einer Kernumfassung
4 eingefaßt.
-
Am Rand des Reaktorkerns 2 sind Blindelemente 5 angeordnet. Sie sollen
mindestens die nach außen vorspringenden Ecken des Kerns 2 besonders abschirmen.
Die restlichen Elemente sind Brennelemente 6 mit unterschiedlichen Anreicherungen.
Ihre Leistung wird durch Steuerstäbe 7 geregelt.
-
Der Aufbau der Blindelemente 5 geht aus den Fig. 2 und 3 hervor. Sie
bestehen aus parallel zueinander verlaufenden Stahlplatten 8, die eine Rechteckfläche
mit einer Länge L und einer Breite B haben. Die Breite B entspricht der Kantenlänge
des Brennelementquerschnitts und beträgt zum Beispiel 220 mm. Die Länge L ist fast
so groß wie die des Blindelements 5 insgesamt. Genau stimmt sie mit dem Abstand
zwischen einem Kopfstück 10 und einem Fußstück 11 überein, die auch bei normalen
Brennelementen
6 verwendet werden. Dort liegen zwischen dem Kopfstück 10 und dem Fußstück 11 die
Brennstäbe mit einer Länge von zum Beispiel 4400 mm.
-
Beim Ausführungsbeispiel haben die Platten 8 alle die gleiche Dicke
D von zum Beispiel 10 mm. Sie bestehen aus rostfreiem Stahl und sind an mehreren
über die Länge der Blindelemente 5 verteilten Stellen, vorzugsweise in Höhe der
bekannten Abstandshalter an den Brennelementen 6, gegeneinander verspannt. Dazu
sitzen in Bohrungen 13 der Platten 8 mit einem Spiel 14 Schraubenbolzen 15. Sie
haben einen Kopf 16 auf der der Kernumfassung 4 zugekehrten Seite, der als Distanzstück
wirkt. Am anderen Ende ist auf ein Gewindestück 17 der Schraubenbolzen 15 eine Mutter
18 aufgeschraubt, die in eine Ausnehmung 19 der der Kernumfassung 4 abgekehrten
Platte 8 eingelassen ist. Die Ausnehmung 19 kann abgeflacht sein, wie der Kopf 16,
so daß die ebenfalls abgeflachte Mutter 18 gegen Verdrehen festgelegt ist.
-
Zwischen den Platten 8 liegen federnde Zwischenlagen 20. Sie sind
vorzugsweise in Form von Tellerfedern aus nicht rostendem Stahl ausgeführt und begrenzen
den Durchtrittsquerschnitt, der durch die Spalten 21 zwischen den Platten 8 gegeben
ist, in Höhe der Schrauben 15 auf den aus Fig. 3 bei 22 ersichtlichen Abstand.
-
Angestrebt wird, daß die Kühlmittelströmung durch die Spalten 21 gerade
ausreicht, die durch die Strahlung in den Platten 8 erzeugte Wärme bei dem gleichen
Temperaturniveau abzuführen, das die benachbarten Brennelemente 6 entwickeln. Dazu
soll der Abstand der Platten 8 im axialen Bereich außerhalb der Federelemente 20
so
bemessen sein, daß bei dem vorgesehenen Durchsatz im Blindelement 5 vergleichbare
Druckverluste entstehen wie in einem Brennelement 6 außerhalb des Bereichs der Abstandshalter.
-
Aus Fig. 3 geht noch hervor, daß an dem einen Außenrand 24 der Platten
8, der in den Eckpositionen ebenfalls der Kernumfassung 4 zugeordnet ist, ein Vorsprung
25 vorgesehen ist, der zur Distanzierung gegenüber der Kernumfassung 4 dient. Dieser
Vorsprung 25 braucht nur bei einzelnen der Platten 8 eines Blindelements 5 vorhanden
zu sein.
-
Die Kopf- und Fußstücke 10, 11 stimmen mit denen der normaler Brennelemente
6 überein. Sie gestatten deshalb den Einsatz der für den Transport der Brennelemente
6 benutzten Lademaschinen oder dergleichen auch zum Ein- und Ausbau der Blindelemente
5 nach der Erfindung. Damit ist es möglich, in bestehenden Kernreaktoren durch Ersatz
der am Rand des Reaktorkerns 2 gelegenen Brennelemente eine Abschirmung zu schaffen,
die die Strahlenbelastung des Reaktordruckbehälters 1 verringert oder sogar praktisch
vollständig vermeidet.
-
6 Patentansprüche 3 Figuren
- Leerseite -