DE3339294A1 - Kernreaktor - Google Patents

Kernreaktor

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DE3339294A1
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Withdrawn
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DE19833339294
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English (en)
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Gerhard Dr.-Ing. 8520 Erlangen Ulrych
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Kraftwerk Union AG
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C11/00Shielding structurally associated with the reactor
    • G21C11/02Biological shielding ; Neutron or gamma shielding
    • G21C11/022Biological shielding ; Neutron or gamma shielding inside the reactor vessel
    • G21C11/024Biological shielding ; Neutron or gamma shielding inside the reactor vessel structurally combined with the casing
    • 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

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

  • 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 -

Claims (6)

  1. Patentansprüche 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, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß am Rand (3) des Reaktorkerns (2) Blindelemente (5) angeordnet sind, die die gleichen Querschnitts- und Längenabmessungen wie die Brennelemente (6) aufweisen und anstelle der Brennstäbe parallel zueinander und zum Kernrand (3) angeordnete rechteckige Platten (8) aus neutronenabsorbierendem Material, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl, umfassen, wobei die Länge (L) des Rechtecks annähernd so groß wie die Länge des Blindelements (5) und die Breite (B) gleich der Querschnittsbreite des Blindelements (5) ist.
  2. 2. Kernreaktor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i ch n e t, daß die Platte (8) unter Zwischenlage von Federelementen (20) gegeneinander gepreßt sind.
  3. 3. Kernreaktor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Federelemente Tellerfedern (20) aus rostfreiem Stahl sind.
  4. 4. Kernreaktor nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Federelemente (20) auf Schrauben (15) sitzen, die die Platte (8) durchdringen und den Zwischenraum (21, 22) zwischen den Platten (8) so begrenzen, daß bei dem vorgesehenen Durchsatz im Blindelement (5) vergleichbare Druckverluste wie in einem Brennelement (6) im Bereich der Abstandshalter entstehen.
  5. 5. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß einzelne Platten (8) einen aus der Rechteckfläche herausragenden Vorsprung (25) zur Distanzierung von einer den Reaktorkern (2) umschließenden Wand (4) haben.
  6. 6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Platten (8) an ihren Enden mit den gleichen Kopf- und Fußstücken (10, 11) wie die Brennelemente (6) versehen sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0180187A2 (de) * 1984-10-31 1986-05-07 Westinghouse Electric Corporation Kernreaktor mit Strahlungsabschirmung für Druckgefässschweissstellen

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0180187A2 (de) * 1984-10-31 1986-05-07 Westinghouse Electric Corporation Kernreaktor mit Strahlungsabschirmung für Druckgefässschweissstellen
EP0180187A3 (en) * 1984-10-31 1987-04-01 Westinghouse Electric Corporation Nuclear reactor with irradiation shields for pressure vessel welds
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Legal Events

Date Code Title Description
8120 Willingness to grant licences paragraph 23
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: SIEMENS AG, 1000 BERLIN UND 8000 MUENCHEN, DE

8139 Disposal/non-payment of the annual fee