DE3521988C2

DE3521988C2 -

Info

Publication number: DE3521988C2
Application number: DE3521988A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Prof. 5100 Aachen De Schulten
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1985-06-20
Filing date: 1985-06-20
Publication date: 1987-05-14
Also published as: DE3521988A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschickung des Reaktorinnenraums eines Kugelhaufenreaktors mit kugelförmigen Brennelementen, bei dem die Brennelemente von oben durch eine Falleinrichtung zugeführt und radial unterschiedlich verteilt werden, wobei die Falleinrichtung ein zentral angeordnetes Fallrohr aufweist sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for loading the Reactor interior of a pebble bed reactor with spherical fuel assemblies in which the fuel assemblies fed from above through a drop device and radially be distributed differently, the Falling device a centrally located downpipe has and a device for performing this Procedure.

Kernreaktoren, insbesondere Kugelhaufenreaktoren, werden so beschickt, daß sich am Rande des meist zylinderförmigen Reaktorinnenraums eine erhöhte, in der Mitte jedoch eine etwas niedrigere Spaltstoffkonzentration ergibt. Damit wird erreicht, daß unabhängig von der Gestaltung des radial verlaufenden Neutronenflusses die Leistungsdichte des Kugelhaufenreaktors in radialer Richtung ungefähr gleich ist. Dadurch erfährt das bei Kugelhaufenreaktoren als Kühlmittel verwendete Helium beim Durchströmen entlang der Zylinderachse eine über den Strömungsquerschnitt gleichmäßige Erwärmung, so daß beim Austreten aus dem Reaktorinnenraum eine ziemlich homogene Temperatur, ebenfalls über den Strömungsquerschnitt gesehen, vorliegt. Die Abflachung der Leistungsdichte in radialer Richtung ist praktisch bei allen Kernreaktoren notwendig, um die Leistungskapazität des Kernreaktors vollständig ausnutzen zu können.Nuclear reactors, in particular pebble bed reactors so loaded that on the edge of the mostly cylindrical reactor interior an increased, in the In the middle, however, a little lower Fissile concentration results. This ensures that regardless of the design of the radial Neutron flux the power density of the Pebble bed reactor approximately the same in the radial direction is. This is what happens in pebble-bed reactors as Coolant used helium to flow along the cylinder axis one over the flow cross section uniform heating so that when exiting the Reactor interior a fairly homogeneous temperature, also seen across the flow cross-section, is present. The flattening of the power density in radial Direction is necessary for practically all nuclear reactors to complete the power capacity of the nuclear reactor to be able to exploit.

Die Beschickung einer inneren Zone mit einem Durchmesser von ca. 1 m in einem Kernreaktor mit einem Durchmesser von ca. 3 m bis 4 m wird dadurch erreicht, daß beim Kugelumlauf auf die weitgehend abgebrannten 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 gleichen Effekt kann man dadurch erreichen, daß man in in die innere Zone des Kernreaktors teilweise ungefüllte, also ohne Spaltstoff beladene Graphitkugeln einbringt. Es ist das Ziel, durch diese Maßnahmen in der inneren Zone eine Spaltstoffkonzentration zu erhalten, die 20% bis 50% geringer ist als die Spaltstoffkonzentration in der Außenzone.The loading of an inner zone with a diameter of about 1 m in a nuclear reactor with a diameter of approx. 3 m to 4 m is achieved in that the Ball circulation on the largely spent fuel elements with a correspondingly low concentration of fissile material in the Reactor interior can be introduced while the still not so badly burned and also fresh Filled with fuel at the edge of the reactor interior will. The same effect can be achieved that you partially in the inner zone of the nuclear reactor unfilled graphite balls loaded with no fissile material brings in. It is the goal through these measures in the to get a fissile concentration in the inner zone, which is 20% to 50% less than that Fissile concentration in the outer zone.

Zur Erzielung dieser unterschiedlichen Verteilung sind sehr aufwendige Beschickungssysteme entwickelt worden. So ist in der DE-AS 15 89 532 eine Beschickungsanlage beschrieben, bei der kugelförmige Brennelemente einer Verteileinrichtung zugeführt werden. Die Verteileinrichtung besteht aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Blöcken, die jeweils mehrere, zu den benachbarten Blöcken gehende Querbohrungen aufweisen. Innerhalb der Blöcke sind jeweils Steuerelemente angeordnet, über die der Lauf der Brennelementkugeln nach Art von Weichen bestimmt werden kann. Auf diese Weise kann ein bestimmtes Auslaßrohr angesteuert werden, in das dann das Brennelement hineinrollt. Diese Beschickungsanlage ist außerordentlich kompliziert und deshalb kostenaufwendig. To achieve this different distribution are very complex feeding systems have been developed. So is a loading system in DE-AS 15 89 532 described in the spherical fuel assemblies Distribution device are supplied. The Distribution device consists of a variety of blocks arranged side by side, each with several cross holes going to the adjacent blocks exhibit. Within the blocks are each Controls arranged over the course of the Fuel balls can be determined according to the type of switches can. In this way, a specific outlet pipe can be controlled, in which the fuel assembly rolls in. This feeding system is extraordinary complicated and therefore expensive.

In der DE-OS 29 23 639 ist ein Kernreaktor für kugelförmige Brennelemente offenbart, bei dem die Brennelemente zunächst über ein zentral angeordnetes, teleskopisch ausfahrbares Fallrohr in den Reaktorinnenraum befördert werden. Zusätzlich sind eine Anzahl von auf mehreren Kreisen konzentrisch um das zentrale Fallrohr angeordnete weitere Fallrohre vorgesehen. Von einer vorbestimmten Füllhöhe ab geschieht die Beladung des Reaktorinnenraums zusätzlich oder sogar allein über diese Fallrohre, um eine entsprechende Beladung auch der Randbereiche des Reaktorinnenraums zu erzielen. Um im obengenannten Sinne eine gewünschte Verteilung der Brennelemente zu erreichen, ist auch hier eine komplizierte, in der Druckschrift nicht näher dargestellte Verteileinrichtung notwendig, damit die Brennelemente jeweils über die richtigen Fallrohre zugeführt werden. Dies ist mit entsprechendem Aufwand verbunden.In DE-OS 29 23 639 is a nuclear reactor for spherical fuel assemblies disclosed in which the Fuel assemblies initially via a centrally arranged telescopically extendable downpipe in the Reactor interior are transported. In addition there are one Number of concentric around on several circles central downpipe arranged further downpipes intended. Happens from a predetermined level the loading of the reactor interior additionally or even alone through these downpipes to get an appropriate one Loading also to the edge areas of the reactor interior achieve. To a desired one in the above sense It is also possible to achieve distribution of the fuel elements here a complicated one, not specified in the publication shown distribution device necessary so that Fuel elements each via the correct downpipes are fed. This is with a corresponding effort connected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, daß der vorrichtungsmäßige Aufwand, insbesondere die Anzahl der Fallrohre, verkleinert wird.The invention has for its object a method of the type mentioned so that the device-related effort, especially the number of Downpipes, is reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sämtliche Brennelemente bei der Beschickung nur durch das zentral angeordnete Fallrohr in den Reaktorinnenraum gebracht werden und daß die Fallgeschwindigkeit der Brennelemente derart variiert wird, daß sie beim Aufprall auf die Oberfläche des sich beim Beschicken bildenden Schüttkegels entsprechend der gewählten Fallgeschwindigkeit mit hoher Wahrscheinlichkeit in der Mitte verbleiben bzw. radial reflektiert werden. This object is achieved in that all fuel elements in the loading only by the centrally located downpipe into the reactor interior brought and that the falling speed of the Fuel assemblies are varied so that they impact on the surface of the formed during loading Cone according to the chosen one Fall speed with high probability in the Remain in the middle or be radially reflected.

Dieses Verfahren beruht darauf, daß zentral zugeführte Brennelemente sich je nach ihrer Fallgeschwindigkeit entweder in der inneren Zone ablagern oder weiter außen liegenbleiben. Bei relativ geringer Fallgeschwindigkeit werden nämlich die Brennelemente nicht vom Schüttkegel der schon eingefüllten Brennelemente reflektiert, sondern bleiben mit hoher Wahrscheinlichkeit in der Mitte liegen. Werden dagegen die Brennelemente mit erhöhter Fallgeschwindigkeit, 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 um so weiter, je größer die Fallgeschwindigkeit ist. Will man also eine brennstoffarme Zone im Inneren des Reaktors erreichen, so genügt es, stark abgebrannte Brennelemente oder Graphitkugeln ohne Spaltstoff langsam, praktisch ohne Fallgeschwindigkeit, im Reaktorinnenraum abzulegen, während die frischen Brennelemente oder die noch nicht sehr stark abgebrannten Brennelemete mit hohen Fallgeschwindigkeiten in das Zentrum des Reaktorinnenraums 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 erreicht werden, wobei für das erfindungsgemäße Verfahren lediglich ein zentral angeordnetes Fallrohr notwendig ist. Hinzu kommt, daß die Beladung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren stärker radial-symmetrisch erfolgt als dies bei dem Beladesystem mit fünf Fallrohren möglich ist.This procedure relies on that being fed centrally Fuel assemblies vary depending on their falling speed either deposit in the inner zone or further out to lie down. At a relatively slow fall speed the fuel elements are not from the cone reflects the already filled fuel elements, but are likely to stay in the middle. On the other hand, the fuel elements are increased Falling speed, around a speed of 1 up to 10 m / s, placed on the surface of the pouring cone, so they are reflected by this and get into Areas that are located radially further out, all the more so further, the greater the fall speed. You want to in other words, a low-fuel zone inside the reactor reach, it is sufficient to burn heavily spent fuel or graphite balls without fissile slowly, practically without falling speed, to deposit in the reactor interior, while the fresh fuel elements or not yet very badly burned burning elements with high Falling speeds into the center of the Bring reactor interior. With the procedure can So a sufficiently different loading of the Reactor interior in the same way as for one Loading with five pipes, for example, with only one for the method according to the invention centrally located downpipe is necessary. Come in addition, that the loading with the method according to the invention is more radial-symmetrical than this Loading system with five downpipes is possible.

Zur Steuerung der Fallgeschwindigkeit in dem zentral angeordneten Fallrohr wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Brennelemente im Fallrohr zur Erzielung geringerer Fallgeschwindigkeit mit einem Saugluftstrom und zur Erzielung höherer Fallgeschwindigkeit mit einem Druckluftstrom beaufschlagt werden. Die Fallgeschwindigkeit 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 proposed according to the invention, that the fuel elements in the downpipe to achieve lower falling speed with a suction air flow and to achieve a higher fall speed with a Compressed air flow. The Falling speed is controlled pneumatically, which can easily be done by Down pipe at least one blower for generating a pressure and / or suction air flow connected in the downpipe is.

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 Kugelhaufenreaktors mit dem Reflektor (1) aus Graphit, der aus einer zylindrischen Reflektorseitenwandung (2) und einer darüber angeordneten Reflektordeckenwandung (3) besteht. Der untere Teil des Reflektors (1) ist ebenso weggelassen wie die weiteren Teile des Kugelhaufenreaktors, 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 pebble bed reactor with the reflector ( 1 ) made of graphite, which consists of a cylindrical reflector side wall ( 2 ) and a reflector ceiling wall ( 3 ) arranged above it. The lower part of the reflector ( 1 ) is omitted, as are the other parts of the pebble bed reactor which surround the reflector ( 1 ).

In dem zylindrischen Reaktorinnenraum (4) befinden sich kugelförmige Brennelemente (5), die die Oberfläche der Brennelementfüllung bilden. Diese Oberfläche hat die Form eines Schüttkegels.Spherical fuel elements ( 5 ), which form the surface of the fuel element filling, are located in the cylindrical reactor interior ( 4 ). 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 (9) nach unten in den Reaktorinnenraum (4) befördert werden können. Im Bereich des oberen Endes des Fallrohres (6) ist ein Luftrohr (7) angeschlossen, daß linksseitig 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 Fallgeschwindigkeit des in dem Fallrohr (6) nach unten sich bewegenden Brennelementes eingestellt werden kann. Durch einen Saugluftstrom kann die Geschwindigkeit des Brennelements (9) so stark abgesenkt werden, daß es mit relativ geringer Gechwindigkeit auf die Oberfläche der Brennelemente (5) im Reaktorinnenraum (4) fällt und deshalb mit hoher Wahrscheinlichkeit in der Mitte liegen bleibt. Durch einen Druckluftstrom 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 Spaltstoffkonzentration so verteilen, daß die Leistungsdichte des Reaktors in radialer Richtung ungefähr gleich ist.In the middle of the reflector ceiling wall ( 3 ) and thus centrally to the reactor interior ( 4 ) there is a vertical downpipe ( 6 ) whose diameter is so large that fuel elements ( 9 ) down through the downpipe ( 6 ) into the reactor interior ( 4 ) can be promoted. In the area of the upper end of the downpipe ( 6 ), an air pipe ( 7 ) is connected, which ends in a blower ( 8 ) on the left side. The fan ( 8 ) is reversible, so it can work both as a pressure and as a suction fan. It may therefore in the case of pipe (6) corresponding to a generate upward suction air flow or a downward flow of compressed air, by means of which the falling speed can be adjusted in the downcomer (6) downwardly moving the fuel bundle. The speed of the fuel assembly ( 9 ) can be reduced so much by a suction air flow that it falls onto the surface of the fuel assemblies ( 5 ) in the reactor interior ( 4 ) at a relatively low speed and is therefore likely to remain in the middle. The speed of the fuel element ( 9 ) in the downpipe ( 6 ) can be accelerated by a stream of compressed air in such a way that the fuel element ( 9 ) is reflected by the pouring cone of the fuel elements ( 5 ) and, depending on the speed of fall, comes to a greater or lesser extent to the outside. In this way, it can be determined with sufficient accuracy using only one downpipe ( 6 ) where a supplied fuel element ( 9 ) comes to lie. In particular, the fission material concentration can be distributed such that the power density of the reactor is approximately the same in the radial direction.

Claims

1. A method for loading the reactor interior of a pebble-bed reactor with spherical fuel elements, in which the fuel elements are fed from above through a dropping device and distributed radially differently, the dropping device having a centrally arranged downpipe, characterized in that all fuel elements ( 5 , 9 ) at the feed can only be brought into the interior of the reactor ( 4 ) through the centrally arranged downpipe ( 6 ) and that the falling speed of the fuel elements is varied in such a way that when it hits the surface of the cone of filling formed during loading, it is highly likely that it will correspond to the selected falling speed remain in the middle or be reflected radially.

2. The method according to claim 1, characterized in that the fuel elements ( 5 , 9 ) in the downpipe ( 6 ) to achieve lower falling speed with a suction air stream and to achieve higher falling speed with a compressed air flow.

3. A device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that on the down pipe (6), a fan (8) is at least connected to generate a pressure and / or suction air flow in the downcomer (6).