DE3521988A1

DE3521988A1 - Method for charging a pebble bed reactor and device for carrying out this method

Info

Publication number: DE3521988A1
Application number: DE19853521988
Authority: DE
Inventors: Rudolf Prof Schulten
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1985-06-20
Filing date: 1985-06-20
Publication date: 1987-01-02
Also published as: DE3521988C2

Abstract

In a method for charging the reactor interior of a pebble bed reactor having fuel spheres, the latter are fed from above via a drop device and have a varying radial distribution, the drop device having a centrally arranged drop tube. In order to reduce the expenditure on equipment, in particular the number of drop tubes, during charging all the fuel elements (5, 9) are brought into the reactor interior (4) only through the centrally arranged drop tube (6), and the rate of fall of the fuel elements is varied in such a way that it is highly likely that when they impinge on the surface of the bulk cone which forms during charging they remain in the centre or are reflected radially, in accordance with the selected rate of fall. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschickung des Reaktorinnenraums eines Kugelhaufenreaktors mit kugelförmigen Brennelementen, bei dem die Brennele mente von oben zugeführt und radial unterschiedlich verteilt werden. Zur Erfindung gehört auch eine Vor richtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for loading of the reactor interior of a pebble bed reactor with spherical fuel assemblies in which the fuel elements fed from above and radially different be distributed. The invention also includes a front direction for performing this procedure.

Kernreaktoren, insbesondere Kugelhaufenreaktoren, werden so beschickt, daß sich am Rande des meist zy linderförmigen Reaktorinnenraums eine erhöhte, in der Mitte jedoch eine etwas niedrigere Spaltstoff konzentration ergibt. Damit wird erreicht, daß unab hängig von der Gestaltung des radial verlaufenden Neutronenflusses die Leistungsdichte des Kugelhau fenreaktors in radialer Richtung ungefähr gleich ist. Dadurch erfährt das bei Kugelhaufenreaktoren als Kühlmittel verwendete Helium beim Durchströmen entlang der Zylinderachse eine über den Strömungs querschnitt gleichmäßige Erwärmung, so daß beim Aus treten aus dem Reaktorinnenraum eine ziemlich homo gene Temperatur, ebenfalls über den Strömungsquer schnitt gesehen, vorliegt. Die Abflachung der Lei stungsdichte in radialer Richtung ist praktisch bei allen Kernreaktoren notwendig, um die Leistungskapa zität des Kernreaktors vollständig ausnutzen zu kön nen.Nuclear reactors, in particular pebble bed reactors, are loaded so that on the edge of the mostly zy linder-shaped reactor interior an increased, in the middle, however, a slightly lower fuel concentration results. This ensures that independent depending on the design of the radial Neutron flux the power density of the Kugelhau fenreaktors approximately the same in the radial direction is. This is what happens with pebble bed reactors Helium used as coolant when flowing through along the cylinder axis one above the flow cross-section uniform heating, so that when off step out of the reactor interior a pretty homo temperature, also across the flow cross seen cut, is present. The flattening of the lei density in the radial direction is practical all nuclear reactors necessary to the capacity ability to fully utilize the nuclear reactor nen.

Die Beschickung einer inneren Zone mit einem Durch messer von ca. 1 m in einem Kernreaktor mit einem Durchmesser von ca. 3 m bis 4 m wird dadurch er reicht, daß beim Kugelumlauf die weitgehend abge brannten Brennelemente mit entsprechend niedriger Spaltstoffkonzentration in den Reaktorinnenraum eingebracht werden, während die noch nicht so stark abgebrannten und auch frische Brennelemente am Rande des Reaktorinnenraums eingefüllt werden. Den glei chen Effekt kann man dadurch erreichen, daß man in die innere Zone des Kernreaktors teilweise ungefüll te, also ohne Spaltstoff beladene Graphitkugeln ein bringt. Es ist das Ziel, durch diese Maßnahmen in der inneren Zone eine Spaltstoffkonzentration zu er halten, die 20% bis 50% geringer ist als die Spal stoffkonzentration in der Außenzone.The loading of an inner zone with one pass 1 m in a nuclear reactor with a This makes it a diameter of approx. 3 m to 4 m is enough that the ball abge largely abge burned fuel elements with correspondingly lower Fissile concentration in the reactor interior be introduced while not as strong burned and also fresh fuel on the edge of the reactor interior. The same Chen effect can be achieved in that the inner zone of the nuclear reactor partially unfilled graphite balls loaded without fissile brings. It is the goal through these measures in a concentration of fissile material in the inner zone hold that is 20% to 50% less than the Spal concentration of substances in the outer zone.

Zur Erzielung dieser unterschiedlichen Verteilung sind sehr aufwendige Beladesysteme entwickelt wor den. In einem Fall sind insgesamt fünf Fallrohre vorgesehen, wovon eines zentral angeordnet ist, wäh rend sich die anderen vier am Außenrand des Reaktor innenraums befinden. Über die Fallrohre werden die kugelförmigen Brennelemente von oben in den Reaktor innenraum befördert. To achieve this different distribution very complex loading systems have been developed the. In one case there are a total of five downpipes provided, one of which is arranged centrally, wäh the other four are on the outer edge of the reactor interior. Over the downpipes spherical fuel assemblies from above into the reactor interior promoted.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Be schickung eines Kugelhaufenreaktors so zu gestalten, daß der vorrichtungsmäßige Aufwand hierfür möglichst gering ist.The invention is based, Be design of a pebble-bed reactor that the device-related effort for this if possible is low.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sämtliche Brennelemente zentral zugeführt wer den, und zwar mit geringer Fallgeschwindigkeit für die zentrale Ablage und mit höherer Fallgeschwindig keit für eine radial außenliegende Ablage.According to the invention, this object is achieved by that all fuel assemblies are supplied centrally the, and with a slow fall speed for the central filing and with higher falling speed speed for a radially external storage.

Dieses Verfahren beruht auf der schon zur Erfindung gehörenden Beobachtung, daß zentral zugeführte Brennelemente sich je nach ihrer Fallgeschwindigkeit entweder in der inneren Zone ablagern oder weiter außen liegenbleiben. Bei relativ geringer Geschwin digkeit werden nämlich die Brennelemente nicht vom Schüttkegel der schon eingefüllten Brennelemente reflektiert, sondern bleiben mit hoher Wahrschein lichkeit in der Mitte liegen. Werden dagegen die Brennelemente mit erhöhter Geschwindigkeit, etwa mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 10 m/s, auf die Oberfläche des Schüttkegels gegeben, so werden sie von diesem reflektiert und gelangen in Bereiche, die radial weiter außen liegen, und zwar umso weiter, je größer die Geschwindigkeit ist. Will man also eine brennstoffarme Zone im Inneren des Reaktors er reichen, so genügt es, stark abgebrannte Brennele mente oder Graphitkugeln ohne Spaltstoff langsam, praktisch ohne Geschwindigkeit, im Reaktorinnenraum abzulegen, während die frischen Brennelemente oder die noch nicht sehr stark abgebrannten Brennelemente mit hohen Geschwindigkeiten in das Zentrum des Reak torinnenraums gebracht werden. Mit dem Verfahren kann also eine ausreichend unterschiedliche Beladung des Reaktorinnenraums in der gleichen Weise wie bei einer Beladung mit beispielsweise fünf Rohren er reicht werden, wobei für das erfindungsgemäße Ver fahren lediglich ein zentral angeordnetes Fallrohr notwendig ist. Hinzu kommt, daß die Beladung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren stärker radial-symme trisch erfolgt als dies bei dem Beladesystem mit fünf Fallrohren möglich ist.This method is based on the invention belonging observation that centrally fed Fuel assemblies vary depending on their falling speed either deposit in the inner zone or continue stay outside. At a relatively low speed The fuel elements will not become Bulk cone of the fuel elements already filled reflected, but remain with a high probability in the middle. On the other hand, the Fuel elements with increased speed, for example with at a speed of 1 to 10 m / s at which Given the surface of the cone, they become reflected by this and get into areas that radially further out, and all the more, the greater the speed. So you want to a low-fuel zone inside the reactor suffice, it is sufficient, burnt Brennele elements or graphite balls without fissile slowly, practically without speed, inside the reactor to put away while the fresh fuel or the fuel elements that have not yet burned very badly at high speeds into the center of the reak inside the gate. With the procedure can therefore have a sufficiently different loading of the reactor interior in the same way as in a load with, for example, five pipes be enough, for the Ver only drive a centrally located downpipe necessary is. In addition, the loading with the inventive method more radial-symme trically, this is done with the loading system five downpipes is possible.

Zur Steuerung der Fallgeschwindigkeit in dem zentral angeordneten Fallrohr wird erfindungsgemäß vorge schlagen, daß die Brennelemente durch ein Fallrohr geleitet und dort zur Erzielung der geringen Fallge schwindigkeit mit einem Saugluftstrom und zur Erzie lung der höheren Fallgeschwindigkeit mit einem Druckluftstrom beaufschlagt werden. Die Fallge schwindigkeit wird demnach pneumatisch gesteuert, was auf einfache Weise dadurch geschehen kann, daß an das Fallrohr zumindest ein Gebläse zur Erzeugung eines Druck- und/oder Saugluftstroms in dem Fallrohr angeschlossen ist.To control the falling speed in the central arranged downpipe is pre-invented hit that fuel through a downpipe directed and there to achieve the low Fallge speed with a suction air flow and to educate the higher fall speed with a Compressed air flow. The Fallge speed is controlled pneumatically, which can easily be done by at least one blower for generating on the downpipe a pressure and / or suction air flow in the downpipe connected.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels in schematischer Darstellung näher veranschaulicht. Sie zeigt in einer vertikalen Schnittebene den inneren Teil eines Kugelhaufenreak tors mit dem Reflektor 1 aus Graphit, der aus einer zylindrischen Reflektorseitenwandung 2 und einer da rüber angeordneten Reflektordeckenwandung 3 besteht. Der untere Teil des Reflektors 1 ist ebenso wegge lassen wie die weiteren Teile des Kugelhaufenreak tors, die den Reflektor 1 umgeben. In the drawing, the invention is illustrated in more detail using an exemplary embodiment in a schematic representation. It shows in a vertical sectional plane the inner part of a Kugelhaufenreak tors with the reflector 1 made of graphite, which consists of a cylindrical reflector side wall 2 and a reflector ceiling wall 3 arranged thereover. The lower part of the reflector 1 is just as wegge leave as the other parts of the Kugelhaufenreak tors that surround the reflector 1 .

In dem zylindrischen Reaktorinnenraum 4 befinden sich kugelförmige Brennelemente 5, von denen hier nur die Brennelemente 5 dargestellt sind, die die Oberfläche der Brennelementfüllung bilden. Diese Oberfläche hat die Form eines Schüttkegels.In the cylindrical reactor interior 4 there are spherical fuel elements 5 , of which only the fuel elements 5 are shown, which form the surface of the fuel element filling. This surface has the shape of a cone.

In der Mitte der Reflektordeckenwandung 3 und damit zentrisch zum Reaktorinnenraum 4 ist ein senkrecht stehendes Fallrohr 6 angeordnet, dessen Durchmesser so groß ist, daß durch das Fallrohr 6 Brennelemente nach unten in den Reaktorinnenraum 4 befördert wer den können. Im Bereich des oberen Endes des Fallroh res 6 ist ein Luftrohr 7 angeschlossen, daß links seitig in einem Gebläse 8 endet. Das Gebläse 8 ist umsteuerbar, kann also sowohl als Druck- als auch als Saugluftgebläse arbeiten. Es kann deshalb im Fallrohr 6 entsprechend einen nach oben gerichteten Saugluftstrom oder einen nach unten gerichteten Druckluftstrom erzeugen, mit dessen Hilfe die Fall geschwindigkeit des in dem Fallrohr 6 nach unten sich bewegenden Brennelementes eingestellt werden kann. Durch einen Saugluftstrom kann die Geschwin digkeit des Brennelements 9 so stark abgesenkt wer den, daß es mit relativ geringer Geschwindigkeit auf die Oberfläche der Brennelemente 5 im Reaktorinnen raum 4 fällt und deshalb mit hoher Wahrscheinlich keit in der Mitte liegen bleibt. Durch einen Druck luftstrom kann die Geschwindigkeit des Brennelements 9 im Fallrohr 6 derart beschleunigt werden, daß das Brennelement 9 von dem Schüttkegel der Brennelemente 5 reflektiert wird und je nach Fallgeschwindigkeit mehr oder weniger weit nach außen zu liegen kommt. Auf diese Weise kann unter Verwendung nur eines Fallrohrs 6 mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden, wo ein zugeführtes Brennelement 9 zu liegen kommt. Insbesondere läßt sich die Spaltstoffkonzen tration so verteilen, daß die Leistungsdichte des Reaktors in radialer Richtung ungefähr gleich ist.In the middle of the reflector ceiling 3 and thus centrally to the reactor interior 4 , a vertical downpipe 6 is arranged, the diameter of which is so large that 6 fuel elements can be conveyed downward into the reactor interior 4 through the downpipe. In the area of the upper end of the downpipe res 6 , an air pipe 7 is connected that ends on the left side in a blower 8 . The blower 8 is reversible, so it can work both as a pressure and as a suction air blower. It can therefore produce a corresponding upward suction air flow or a downward flow of pressurized air, the case can be set in the downcomer 6 downward moving speed of the fuel assembly by means of which in the downpipe. 6 By a suction air flow, the speed of the fuel assembly 9 can be lowered so much that it falls at a relatively low speed onto the surface of the fuel assemblies 5 in the reactor interior 4 and therefore, with high probability, remains in the middle. By a stream of compressed air, the speed of the fuel assembly 9 in the downpipe 6 can be accelerated such that the fuel assembly 9 is reflected by the cone of fuel of the fuel assemblies 5 and, depending on the fall rate, is more or less far out. In this way, it can be determined with sufficient accuracy using only one down pipe 6 where a supplied fuel element 9 comes to lie. In particular, the fission material concentration can be distributed so that the power density of the reactor is approximately the same in the radial direction.

Claims

1. A method for charging the reactor interior of a pebble-bed reactor with spherical fuel elements, in which the fuel elements are supplied from above and divided radially different ver, characterized in that all fuel elements ( 5 , 9 ) are supplied centrally to who, with a low falling speed for the central storage and with higher Fallge speed for a radially external storage.

2. The method according to claim 1, characterized in that the fuel elements ( 5 , 9 ) through a fall pipe ( 6 ) passed and there to achieve the low ring speed with a suction air flow and to achieve the higher Fallgeschwin speed with a compressed air flow will.

3. Apparatus for carrying out the method of claim 1 or 2, with a centrally located downcomer, characterized in that on the down pipe (6) at least one fan (8) for the generation supply a pressure and / or suction air flow in the downcomer (6 ) connected.