-
Hochtemperatur-Kernreaktor
-
Die Erfindung betrifft einen Hochtemperatur-Kernreaktor mit einem
Druckbehälter, in dem ein von Graphit ummanteltes Core und mindestens ein Wärmetauscher
angeordnet sind.
-
Derartige Kernreaktoren mit einem gasgekühlten Reaktor-Core sind allgemein
bekannt. Diese bestehen im wesentlichen aus beispielsweise einem zylindrischen Spannbeton-Druckbehälter,
einer darin zentral angeordneten, das Reaktor-Core aufnehmenden Kaverne, einem diese
allseitig umgebenden thermischen Schild sowie Dampferzeugern, Gebläsen und Kühlgasleitungen
zwischen dem Core und den wärmetauschenden Einrichtungen. Das aus dem Gebläse zurückströmende
Kaltgas wird über eine Kaltgaskammer ins Core geführt.
-
Es wurden auch bereits in Abhängigkeit vom Reaktortyp verschiedene
Anordnungen der Komponenten relativ zueinander vorgeschlagen.
-
Bei einem als THTR-300 bekannten Kugelhaufen-Kernreaktor sind die
Dampferzeuger auf einem Teilkreis um das Core außerhalb eines das Core umschließenden
Graphitmantels auf etwa gleicher Höhe wie das Core angeordnet. Dabei sind die zur
Umwälzung des Kühlgases erforderlichen
Gebläse in einer Seitenwand
des Spannbeton-Behälters untergebracht.
-
Abweichend von dieser Anordnung ist es aus der GB-PS 1 o25 859 bekannt,
die Dampferzeuger in axialer Richtung versetzt unterhalb des Cores anzuordnen. Die
Gebläse sind auch bei dieser Anordnung wiederum in der Seitenwand des Druckbehälters
installiert, jedoch unterhalb der Dampferzeuger.
-
Aus der DE-OS 31 41 734 ist ein Hochtemperatur-Kernreaktor der eingangs
beschriebenen Art bekannt, bei dem Hauptdampferzeuger in dem von der Kavernenwand
und dem thermischen Seitenschild gebildeten Ringraum untergebracht sind. Dabei sind
ein Sammler- und Verteilersystem in einem vertikalen Durchbruch in der Druckbehälterdecke
und Hauptgebläse in horizontalen Durchbrüchen im oberen Teil der zylindrischen Druckbehälterwandung
angeordnet.
-
Weiterhin sind Hilfsdampfer-zeuger in vertikalen Durchbrüchen im Boden
des Druckbehälters und Hilfsgebläse in horizontalen Durchbrüchen im unteren Teil
der Druckbehälterwandung untergebracht. Die vertikalen Durchbrüche in der Druckbehälterdecke
sind durch jeweils zwei im betreffenden Durchbruch angeordnete StahldeckeF abgeschlossen.
-
Bei diesem bekannten Hochtemperatur-Reaktor sollen die Hilfswärmetauscher
im Falle ihrer Anordnung in der Kaverne je nach ihrer Position in bezug auf den
Reaktorker zur Verbesserung der Naturkonvektion bei der Nachwärmeabfuhr beitragen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochtemperatur-Kernreaktor
der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, der bei einem besonders einfachen
Aufbau eine große Leistung, einen sicheren Einschluß des radioaktiven Inventars
und im Störfall eine zuverlässige Abfuhr der nach kernphysikalischen Gesetzen über
längere Zeit entstehenden Nachzerfallswärme mit passiven Mitteln gewährleistet.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird für einen eingangs beschriebenen Hcchtemperatur-Kernreaktor
vorgeschlagen, daß der Wärmetauscher in einem Parallelabstand zum Core im Graphit
eingebettet ist.
-
Die erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung bietet zunächst den wesentlichen
Vorteil, daß für Wärmeträgerieitungen des Primärkreislaufs keine radialen Durchbrüche
in der drucktragenden Ummantelung des Cores vorgesehen werden müssen und für den
Anschluß des Primärkreislaufs an die Saug- und Druckseite einer Fördereinrichtung
ein axialer Durchbruch, vorzugsweise in einer stirnseitigen Abdeckung, völlig ausreicht.
Dadurch ergibt sich eine besonders einfache konstruktive Gestaltung der Core-Ummantelung
bei gleichzeitig vollständigem Einschluß des radioaktiven Inventars. D.e Leitungen
für das Wärmeträgermedium erfordern keine drucktragende Elemente; sie können vollständig
keramisch ausgebildet werden, wodurch sie sehr viel höheren Temperaturen im Vergleich
zu metallischen Leitungen standhalten. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung
auch im Störfall die passive Aufrechterhaltung der Umwälzung des Wärmeträgermediums
durch freie Konvektion, wobei das außerordentlich hohe Wärmeleitvermögen des Graphitmantels
zu
einer Temperaturstabilisierung auf niedrigem Niveau beiträgt, das selbst dann noch
erhalten bleibt, wenn der oder die rmetauscher nur mit einem Querschnittsteil im
Graphitmantel eingebettet sind. Kann der Wärmetauscher nicht mehr zur Wärmeabfuhr
herangezogen werden, so führt der das Core umgebende Graphit die Nachzerfallswärme
durch die Druckbehälterwand an die Umgebung ab. Somit können spezielle kostspielige
Nachwärmeabfuhrsysteme ohne sicherheitstechnlsche Nachteile entfallen.
-
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind im einen Seitenreflektor
bildenden Graphit in Abständen vom Core, die kürzer sind als der Abstand zwischen
dem Core und dem Wärmetauscher, Steuerelemente, d.h. Regel- oder Abschaltelemente,
aufnehmende Kanäle vorgesehen.
-
Durch diese z.B. bei einem Hochtemperatur-Reaktor in Modul-Bauweise
gemäß der DE-OS 30 16 402 an sich bekannte Anordnung von Kanälen für stabförmige
Steuerelemente im Seitenreflektor ist vermieden, daß zur sicheren Abschaltung die
als Absorber fungierenden Steuerelemente mit hohem Kraftaufwand unmittelbar in die
Kugelschüttung eingebracht werden müssen und dadurch zusätzlichen Beanspruchungen
unterliegen.
-
Um für eine ausreichende Einbettung eines Wärmetauschers in der Graphit-Ummantelung
des Cores genügend Freiraum zu erhalten, ohne daß dazu die Querschnittsdimensionierung
der Ummantelung über übliche Maße hinaus vergrößert werden muß, sieht eine weitere
Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Querschnitt des Cores einem Ringsegment
entspricht, das konzentrisch von einem außen zylinderförmigen Mantel aus Grpahit
umgeben ist und dieser einen
radial nach innen erweiterten Core-freien
Abschnitt aufweist, in dem der Wärmetauscher eingebettet ist.
-
Die Querschnittsdimensionierung der Ummantelung läßt sich aber auch
nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung dadurch in verhältnismäßig engen
Grenzen halten, daß der Querschnitt des Cores einem Rechteck entspricht, das konzentrisch
von einem außen zylinderförmigen Mantel aus Graphit umgeben ist und dieser auf zwei
dem Core gegenüberliegenden Breitseiten je einen radial nach innen erweiterten Core-freien
Kreisabschnitt aufweist, in dem jeweils mindestens ein Wärmetauscher eingebettet
ist.
-
Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß der
Mantel aus Graphitteilen unterschiedlicher Qualität besteht, von denen die dem Core
bis zu einem bestimmten Abstand benachbarten besondere Neutronenreflektionseigenschaften
und die vom Core weiter entfernten besondere Neutronenabsorptionseigenschaften besitzen.
-
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Graphitteilen unterschiedlicher
Qualität und die beanspruchte Anordnung wird unter «sachtung einer kostengünstigen
Materialauswahl für den Ummantelungswerkstoff eine optimale Abschirmung dadurch
gewährleistet, daß die aus dem Core austretenden Neutronen zu einem verhältnismäßig
hohen Anteil wirksam reflektiert werden und ein verhältnismäßig niedriger, nicht
reflektierter Anteil ebenso wirksam absorbiert wird.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Hochtemperatur-Kernreaktors dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Schnitt
durch den Reaktor; Fig. 2 einen vertikalen Schnitt nach der Linie A - B der Fig.
1; Fig. 3 je einen horizontalen Schnitt nach bis 5 den Linien C-D, E-F bzw. G-H
der Fig. 1.
-
Ein in nahezu jedem Querschnitt im wesentlichen rechteckiges plattenförmiges
Core 1 aus kugelförmigen Brennelementen, die in einer jraphitmatrix umhüllte paltstoffirtIkel
enthalten, ist ringsum von einem außen zylindrischen Seitenreflektor 2 umgeben,
der unterhalb des Cores 1 in einen kreisförmigen Bodenreflektor 3 und oberhalb des
Cores 1 in einen gleichfalls kreisförmigen Deckenreflektor 4 übergeht. Die Reflektoren
2, 3 und 4 sind aus neben- und übereinanderangeordneten Graphitblöcken zu einer
außen zylinderförmigen Baueinheit zusammengesetzt.
-
Während im Deckenrefiektor 4 konzentrisch ein kolbenförmiger Zertralstopfen
5 eingesetzt ist, befindet sich innerhalb des Bodenreflektors 3 gleichfalls in konzentrischer
Anordnung eine sogenannte Säulenhalle 6.
-
Ein zylinderförmiger Kernbehälter 7 umschließt die vorbeschriebene,
auf einem bodenseitig angeordneten Kugellager 8 ruhenden Core-Einbauten.
-
Konzentrisch zur Säulenhalle 6 ist ein vom Core 1 vertika' nach außen
führendes Kugelabzugsrohr 9 vorgesehen Auf einer Breitseite des plattenförmigen
Cores 1 ist im Seitenreflektor 2 ein Wärmetauscher lo eingebettet, der an eine Kalt-
und Heißwasserleitung 11 angeschlossen ist, die Stränge eines Sekundärkreislaufs
bilden. Der Wärmetauscher 1o wird von der Säulenhalle 6 aus durch einen Primärkreislauf
beaufschlagt. Zu diesem gehört ein über dem Core 1 angeordnetes Gebläse 12, das,
wie die in der Zeichnung eingetragenen Pfeile verdeutlichen, mit seiner Saugseite
an einem Gasführungskanal 13 und mit seiner Druckseite am Core 1 angeschlossen ist.
-
über eine Brennelementenzugabe-Einrichtung 14, die unter einer Trennplatte
15 angeordnet ist, wird das Core 1 mit den kugelförmigen Brennelementen gleichmäßig
über seinen horizontalen Querschnitt beschickt. Um einem übermäßigen Druckanstieg
zwischen Ober- und Unterseite der Trennplatte 15 zu begegnen, ist ußermittig in
der Trennplatte 15 eine Ausgleichsleitung 16 vorgesehen.
-
In Nähe der vertikalen Begrenzung des Cores 1 sind innerhalb des Seitenreflektors
2 Kanäle zur Aufnahme von Steuerstäben 17 vorgesehen, durch die sich in Abhängigkeit
von
ihrer Sindringtiefe die Neutronenabsorption bis zur Abschaltung des Reaktors steuern
läßt.
-
Ein aus Pingschüssen aufgebauter zylindrischer Druckbehälter 18, verspannt
durch Axialkabel 19 und Radialkabel 2c, schließt den von außen nur über ein im Behälterdeckel
angeordnetes Mannloch 21 zugänglichen Hochtemperatur-Kernreaktor vollständig ein.