DE3401498A1 - Hochtemperaturreaktor mit kugelfoermigen brennelementen - Google Patents

Description

HOCHTEMPERATÜR-REAKTORBAU GmbH \3 * 3401498

Int. tilr. 8 2 12 Mannheim, 26.10.83

Hochtemperaturreaktor mit kugelförmigen Brennelementen

Die Erfindung betrifft einen Hochtemperaturreaktor mit kugelförmigen Brennelementen, die aus in eine Graphitmatrix eingebetteten Spaltstoffteilchen bestehen, mit mehreren Barrieren gegen Spaltproduktfreisetzung, wobei die Beschichtung der Spaltstoffteilchen eine erste und die Graphitmatrix eine zweite Barriere bilden, und mit einem den Hochtemperaturreaktor einschließenden Spannbetondruckbehälter als druckführende Umschließung, der innen mit einem metallischen Liner ausgekleidet ist und mit Verschlußvorrichtungen abgeschlossene Durchbrüche aufweist.

Bei den bisher bekannten Bauformen von Kernreaktoren hat die druckführende Umschließung des Primärkreises eine Drucktragfunktion und eine Dichtfunktion, so daß die Freisetzung- von Spaltprodukten an die Umgebung bei Normalbetrieb und bei Auslegungsstörfallen auf Werte begrenzt wird, die unterhalb der zulässigen Grenzen liegen.

Bei einigen Kernreaktortypen werden die Drucktragfunktion und die Dichtfunktion für den Primärkreis von einem einwandigen stählernen Druckbehälter übernommen. Der Verlust der Drucktragfunktion, der einem katastrophalen Versagen des Druckbehälters gleichkäme, wird bei diesen Kernreaktoren durch redundante Maßnahmen (d.h. Auslegung nach Basissicherheit, Qualitätskontrolle und betriebliche überwachung) ausgeschlossen. Da unterstellt wird, daß Leck vor Bruch auftritt, ist als redundante Barriere

gegen die Spaltproduktfreisetzung ein Sicherheitsbehälter erforderlich, der den Stahldruckbehälter umschließt. Damit ist die druckführende Umschließung des Primärkreises auch im Hinblick auf die Dichtfunktion versagenssicher. Ein Sicherheitsbehälter als redundante Barriere gegen Verlust der Dichtfunktion ist vor allem deshalb erforderlich, weil das Reaktorkühlmittel einen hohen Aktivitätsinhalt hat. Kernreaktoren dieses Bautyps sind z.B. in der DE-AS 23 15 318 und der DE-OS 23 15 319 beschrieben.

Bei einem Hochtemperaturreaktor mit kugelförmigen Brennelementen sind neben den beiden bereits erwähnten Barrieren in den Brennelementen zwei weitere Barrieren gegen die Freisetzung von Spaltprodukten vorgesehen, die von dem Reaktordruckbehälter (mit Dichtfunktion und versagenssicherer Drucktragfunktion) und von dem Reaktorschutzgebäude (mit Dichtfunktion und Drucktragfunktion) gebildet werden. Der Reaktordruckbehälter kann aus Stahl oder Spannbeton, das Reaktorschutzgebäude aus Stahl oder Beton hergestellt sein.

Ein Kernreaktor dieses Bautyps ist z.B. aus der DE-OS 32 12 bekannt« Bei einer derartigen Anlage ist der bauliche Aufwand sehr hoch, denn das Reaktorschutzgebäude stellt nicht nur eine sicherheitstechnisch relevante Einschließung des Primärkreises dar* hat also gewissermaßen die Eigenschaft eines Sicherheitsbehälters, sondern es bildet gleichzeitig als bauliche Einschließung des Reaktordruckbehälters und der Reaktorbetriebseinrichtungen die Schutzbarriere gegen Einwirkungen von außen.

Bei einem Hochtemperaturreaktor mit Spannbetondruckbehälter sind alle Komponenten des Primärkreislaufs in einer Kaverne (oder in mehreren Kavernen) des Spannbetondruckbehälters untergebracht, der für die Montage und Demontage sowie teilweise auch für die Aufnahme der Komponenten große Durchbrüche

aufweist. Die dichte Umschließung des Primärkreises wird im
Bereich dieser Durchbrüche mit Hilfe von Verschlußvorrichtungen bewerkstelligt, die die Durchführungen druckfest und gasdicht abschließen. Eine Kernreaktoranlage mit einem Spannbetondruckbehälter, der solche Durchbrüche und Verschlußvorrichtungen aufweist, ist in der DE-OS 31 41 734 dargestellt. Die
Verschlußvorrichtungen bestehen jeweils aus einem Doppeldeckel aus Stahl, der in den betreffenden Durchbruch eingesetzt ist.
Der innere Deckel bildet jeweils den Primärgasabschluß. Auch
bei dieser Anlage muß ein dichtes Reaktorschutzgebäude vorhanden sein.

Aus der DE-OS 15 64 783 ist ebenfalls das Prinzip bekannt, als Sicherheitsabschluß für Kernreaktor-Druckbehälter Doppeldeckel zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Hochtemperaturreaktor des eingangs beschriebenen Bautyps aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der technischen Zweckmäßigkeit den Aufwand für die Errichtung der erforderlichen mehrfachen Barrieren gegen Spaltproduktfreisetzung zu verringern, ohne daß ein Versagen der Dichtfunktion der druckführenden Umschließung des
Primärkreises möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die folgenden Merkmale gelöst:

a) als dritte Barriere gegen Spaltproduktfrexsetzung ist der Liner und als vierte und zugleich letzte Barriere der Betonkörper des Spannbetondruckbehälters vorgesehen, die
zwei redundante Abdichtungen bilden;

b) im Bereich der Behälterdurchbrüche wird die Dichtfunktion der dritten und vierten Barriere von den Verschlußvorrich-

tungen übernommen, die in an sich bekannter Weise aus in den Durchbrüchen angeordneten stählernen Doppeldeckeln bestehen, wobei die inneren Deckel den Primärgasabschluß bilden;

c) die Zwischenräume zwischen den äußeren und den inneren Deckeln sind jeweils an eine Rohrleitung angeschlossen, die über ein Filtersystem zur Rückhaltung von Spaltprodukten Primärgasleckagen in einen Abluftkamin abführt.

Bei der Erfindung wird das Prinzip der Redundanz der Konstruktion angewandt, um einen in einem Spannbetondruckbehälter integrierten Primärkreis versagenssicher abzudichten. Der Spannbetondruckbehälter besitzt zwei redundante Abdichtungen, nämlich den metallischen Liner und den Betonkörper, der als extrem starke Durchflußbegrenzung gilt. Voraussetzung hierbei ist, daß die durch den Betonkörper hindurchgelangende Aktivität kleiner ist als der für den Betrieb zulässige Wert für die Umgebung. Trifft dies nicht zu, so muß der Reaktor nach dem Störfall "Liner-Leck" abgeschaltet werden. Kann die Voraussetzung eingehalten werden, so kann der Reaktor weiterbetrieben werden, da die redundante Abdichtung des Betonkörpers versagenssicher ist.

Bei einem Leck an dem inneren Deckel einer der Verschlußvorrichtungen wird das austretende Primärgas über das Filtersystem und durch den Abluftkamin an die Umgebung abgegeben, wobei die Spaltprodukte in dem Filtersystem zurückgehalten werden. In dem Zwischenraum zwischen innerem und äußerem Deckel kann sich also kein nennenswerter überdruck aufbauen, so daß der äußere Deckel auch im Hinblick auf die Dichtfunktion versagenssicher ist. Die äußeren Deckel, die die vierte Barriere bilden, sind daher vergleichbar mit dem Sicherheitsbehälter der oben beschriebenen Kernreaktoranlage mit einem stählernen Reaktordruckbehälter.

Da Aktivität aus dem Primärkreis weder durch den Spannbetondruckbehälter noch durch die Verschlußvorrichtungen der Durchbrüche in die Umgebung austreten kann, ist ein dichtes Sicherheitsgebäude nicht erforderlich, und die Aufgaben, das Primärgas versagenssicher einzuschließen und den Hochtemperaturreaktor vor Einwirkungen von außen zu schützen, können allein vom Spannbetondruckbehälter erfüllt werden. Der bauliche Mehraufwand, der im wesentlichen bei den Verschiußvorrichtungen mit der Zwischenabsaugung zu leisten wäre, ist verhältnismäßig gering. Die Erfindung ermöglicht somit die Errichtung eines Hochtemperaturreaktors in sehr wirtschaftlicher Weise, da ein sicherheitstechnisch relevantes Reaktorschutzgebäude nicht erforderlich ist.

Es ist vorteilhaft, die Rohrleitungen für die Abfuhr von Primärgasleckagen bis zu ihrem Anschluß an den Abluftkamin weitgehend in dem Beton des Spannbetondruckbehälters zu verlegen, was dazu beiträgt, das Gefährdungspotential für diese Leitungen wie auch für die Umgebung herabzusetzen.

Auch die Filtersysteme zur Rückhaltung von Spaltprodukten können innerhalb der Wandung des Spannbetondruckbehälters installiert sein, was dem gleichen Zweck dient.

um den Spannbetondruckbehälter gegen den Störfall Flugzeugabsturz abzusichern, kann er mit einer entsprechend gestalteten Schutzeinrichtung versehen sein. Diese kann z.B. aus einem Betongebäude bestehen, das gleichzeitig den architektonischen Einschluß der Einrichtungen des Kernreaktors besorgt. Da dieses Gebäude nicht mit Aktivität aus dem Primärkreislauf belastet wird, kann das Gebäude baulich einfach gestaltet sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Hochtemperaturreaktors gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar ist der Hochtemperaturreaktor im Längsschnitt gezeigt.

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Für die Erfindung nicht wesentliche Details sind in der Figur weggelassen.

Ein zylindrischer Spannbetondruckbehälter 1 weist eine zentrale Kaverne 2 auf, die mit einem metallischen Liner 3 ausgekleidet ist. In der Kaverne 2 ist ein Hochtemperaturreaktor 4 angeordnet, dessen Kern von einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente gebildet wird. Die Brennelemente bestehen aus in eine Graphitmatrix eingebetteten beschichteten Spaltstoffteilchen. Die Graphitmatrix und die Beschichtung stellen eine erste und eine zweite Barriere gegen die Freisetzung von Spaltprodukten dar.

Die Schüttung wird von oben nach unten von einem Kühlgas (Helium) durchströmt, wie in der Figur durch Pfeile angedeutet. Sie ist allseitig von einem Reflektor 5 umgeben, an den sich unten ein Heißgassammelraum 6 anschließt, über Heißgaskanäle steht der Heißgassammelraum 6 mit mehreren Dampferzeugern 8 in Verbindung, die um den Hochtemperaturreaktor 4 in der Kaverne 2 angeordnet sind. Mehrere Umwälzgebläse 9 fördern das kalte Kühlgas in den Reaktorkern zurück. Der Reflektor 5 ist von einem thermischen Schild 10 umschlossen, der auch Führungen zur Rückleitung des kalten Kühlgases begrenzt.

Der Spannbetondruckbehälter 1 weist in seinem Deckenbereich mehrere große Durchbrüche 11 auf, die je mit einer Verschlußvorrichtung 12 abgeschlossen sind. Die Umwälzgebläse 9 sind teilweise in diesen Durchbrüchen angeordnet, die der Montage und Demontage der Dampferzeuger 8 sowie weiterer Reaktorkomponenten dienen. Jede Verschlußvorrichtung 12 besteht aus zwei übereinander angeordneten Stahldeckeln 13 und 14, von denen der innere Deckel 13 den Primärgasabschluß bildet.

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Zwischen den beiden Deckeln 13, 14 jeder Verschlußvorrichtung 12 ist ein Zwischenraum 15 vorhanden, an den eine Rohrleitung 16 angeschlossen ist. Diese Rohrleitung, die größtenteils im Beton des Spannbetondruckbehälters 1 verlegt ist, steht über ein Filtersystem 17 zur Rückhaltung von Spaltprodukten mit einem Abluftkamin 18 in Verbindung. Um das Gefährdungspotential herabzusetzen, sind neben den Rohrleitungen 16 auch die Filtersysteme 17 in der Wandung des Spannbetondruckbehälters angeordnet.

Anstelle eines üblicherweise vorgesehenen Reaktorschutzgebäudes, das die äußerste Barriere gegen Spaltproduktfreisetzung bildet, wird diese Funktion gemäß der Erfindung von dem Spannbetondruckbehälter 1 erfüllt, dessen Liner 3 eine dritte Barriere und dessen Betonkörper, der als extrem dichte Durchflußbegrenzung gilt, die vierte und äußerste Barriere darstellt. Der Spannbetondruckbehälter 1 besitzt somit zwei redundante Abdichtungen. Im Bereich der Durchbrüche 11 werden die dritte und die vierte Barriere von den inneren Deckeln 13 und den äußeren Deckeln 14 der Verschlußvorrichtungen 12 gebildet. Da beim Durchtritt von Leckage durch die inneren Deckel 13 in die Zwischenräume 15 infolge der Zwischenabsaugung über die Rohrleitungen 16 die äußeren Deckel 14, die für vollen Auslegungsdruck dimensioniert sind, nicht nennenswert belastet werden, sind sie auch im Hinblick auf ihre Dichtfunktion versagenssicher. Es ist daher kein dichtes Reaktorschutzgebäude erforderlich.

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- Leerseite -

Claims (4)

Patentansprüche

1. Hochtemperaturreaktor mit kugelförmigen Brennelementen, die aus in eine Graphitmatrix eingebetteten beschichteten Spaltstoffteilchen bestehen, mit mehreren Barrieren gegen Spaltproduktfreisetzung, wobei die Beschichtung der Spaltstoffteilchen eine erste und die Graphitmatrix eine zweite Barriere bilden und mit einem den Hochtemperaturreaktor einschließenden Spannbetondruckbehälter als druckführende Umschließung, der innen mit einem metallischen Liner ausgekleidet ist und mit Verschlußvorrichtungen abgeschlossene Durchbrüche aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) als dritte Barriere gegen Spaltproduktfreisetzung ist der Liner (3) und als vierte und zugleich letzte Barriere der Betonkörper des Spannbetondruckbehälters (1) vorgesehen, die zwei redundante Abdichtungen bilden,

b) im Bereich der Behälterdurchbrüche (11) wird die Dichtfunktion der dritten und vierten Barriere von den Verschlußvorrichtungen (12) übernommen, die in an sich bekannter Weise aus in den Durchbrüchen (11) angeordneten stählernen Doppeldeckeln (13, 14) bestehen, wobei die inneren Deckel (13) den Primärgasabschluß bilden;

c) die Zwischenräume (15) zwischen den äußeren (14) und den inneren Deckeln (13) sind jeweils an eine Rohrleitung (16) angeschlossen, die über ein Filtersystem (17) zur Rückhaltung von Spaltprodukten Primär— gasleckagen in einen Abluftkamin (18) abführt.

2. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (16) bis zu ihrem Anschluß an den Abluftkamin (18) weitgehend in dem Beton des Spannbetondruckbehälters (1) verlegt sind.

3. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Filtersysteme (17) innerhalb der Wandung des Spannbetondruckbehälters (1) installiert sind.

4. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Spannbetondruckbehälter (1) zum Schutz gegen den Störfall Flugzeugabsturz mit einer Schutzeinrichtung versehen ist.

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