DE3534422A1 - Unterirdisch in der kaverne eines zylindrischen druckbehaelters angeordneter kernreaktor niedriger leistung - Google Patents

Unterirdisch in der kaverne eines zylindrischen druckbehaelters angeordneter kernreaktor niedriger leistung

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Description

Die Erfindung betrifft einen unterirdisch in der Kaverne eines zylindrischen Druckbehälters angeordneten Kernreaktor niedriger Leistung mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, die mit Hilfe eines Gebläses von oben nach unten von einem Kühlgas durchströmt wird, mit einem ausbaubaren Kernbehälter aus Metall, mit einem die Druckbehälteröffnung abschließenden Deckel, der für den Ein- und Ausbau des Kernbehälters abnehmbar ist, mit ei­ nem die Schüttung der Brennelemente allseitig umgebenden, aus Boden-, Seiten- und Deckenreflektor bestehenden Graphitreflek­ tor, der z.T. innerhalb des Kernbehälters angeordnet ist, und mit in dem Seitenreflektor bewegbar angeordneten Absorberstäben.
Ein derartiger Kernreaktor ist aus der DE-OS 30 16 402 bekannt. Bei diesem Kernreaktor - hier handelt es sich um einen Hochtem­ peraturreaktor in Modul-Bauweise - ist in der Kaverne eines mit einem Deckel verschlossenen Betonbehälters ein die Kugelschüt­ tung enthaltender Metallbehälter angeordnet, der mitsamt einer metallischen Grundplatte sowie mit dem Boden-, Seiten- und Dec­ kenreflektor nach Abschaltung des Reaktors, Ablassen der kugel­ förmigen Brennelemente, Demontage der Regelstäbe und Öffnen des Deckels aus dem Betonbehälter herausgehoben werden kann. An die Grundplatte ist mindestens eine nach unten führende Leitung zur Abfuhr des erhitzten Kühlgases angeschlossen, das die Schüttung von unten nach oben durchströmt. Die Heißgasleitung führt zu ei­ ner zweiten Kaverne, die parallel zu der ersten in dem Betonbe­ hälter angeordnet ist und in welcher ein Wärmeverbraucher, z.B. ein Dampferzeuger, installiert ist. Als Alternative zu einer zweiten Kaverne wird in der DE-OS 30 16 402 noch vorgeschlagen, die den Kernreaktor enthaltende Kaverne nach unten zu verlängern und den Wärmeverbraucher unterhalb des Metallbehälters anzuord­ nen.
In der deutschen Patentanmeldung P 35 17 968.1 ist ein weiterer Kernreaktor der eingangs beschriebenen Bauweise offenbart. Die­ ser Kernreaktor zeichnet sich durch einen kompakten Aufbau und einen weitgehenden Verzicht auf aktive Betriebseinrichtungen wie Beschickungsanlage, Gasreinigungsanlage, Regelsysteme sowie auf Sicherheitssysteme aus. Er ist besonders geeignet zur Erzeugung von Wärmeenergie für Heizzwecke. Der die Kugelschüttung enthal­ tende Kernbehälter nimmt nur einen Teil des Boden- und Seiten­ reflektors aus Graphit auf. In dem innerhalb des Kernbehälters befindlichen Seitenreflektorteil sind die Kanäle für die Absor­ berstäbe vorgesehen, die lediglich Trimm- und Abschaltzwecken dienen. Der Deckenreflektor liegt unmittelbar auf der stationä­ ren Brennelement-Schüttung auf. Nach Abbrand der Brennelemente wird der komplette Kernbehälter mit den in ihm befindlichen Kom­ ponenten ausgebaut. Die im Kern erzeugte Wärme wird durch ein die Schüttung von oben nach unten durchströmendes Kühlgas auf ein Kühlsystem übertragen, das auf der Innenseite eines den Kern­ reaktor einschließenden Druckbehälters angebracht ist.
Zum Stand der Technik gehört ferner die in der DE-OS 33 35 451 beschriebene Kernreaktoranlage, die ebenfalls einen Hochtempera­ turreaktor mit kugelförmigen Brennelementen enthält. Bei dieser Anlage sind sämtliche Komponenten des Primärkreises wie auch die Regel- und Abschalteinrichtungen innerhalb eines stählernen Re­ aktordruckbehälters derart angeordnet, daß sie von oben montier­ bar und demontierbar sind. Hierdurch wird eine wirtschaftliche unterirdische Bauweise möglich. Unterhalb des Hochtemperaturre­ aktors ist mindestens ein Abzugsrohr für die Entnahme der Brenn­ elemente vorgesehen, das seitlich aus dem Reaktordruckbehälter herausgeführt ist.
Es wird auch noch auf die DE-PS 10 34 784 verwiesen, aus der es bekannt ist, bei einem gasgekühlten Kernreaktor mit einer Brenn­ elementschüttung aus gleichmäßig gestalteten Formkörpern auch für den Reflektormantel schüttbare, den Brennelementen gleichge­ staltete Formkörper zu verwenden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kernreaktor der eingangs beschriebenen Bauweise, bei dem zudem weitgehend auf aktive Betriebseinrichtungen wie Beschickungsanlage, Gasreini­ gungsanlage, Regelsysteme sowie auf Sicherheitssysteme verzich­ tet werden kann, so auszugestalten, daß einmal die Auswechslung des Kernbehälters sowie seine Entleerung einfacher durchzuführen sind und zum anderen der von dem metallischen Kernbehälter aus­ gehende negative Einfluß auf die Neutronenökonomie der Brennele­ mentschüttung herabgesetzt wird.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:
  • a) der Seitenreflektor besteht aus einem außerhalb des Kernbe­ hälters befindlichen festen Außenmantel und einem innerhalb des Kernbehälters befindlichen inneren Teil, der in an sich bekannter Weise von einer Schüttung kugelförmiger Graphit­ elemente des gleichen Durchmessers wie die Brennelemente gebildet wird;
  • b) Bodenreflektor und Deckenreflektor bestehen ebenfalls aus einer Schüttung kugelförmiger Graphitelemente des gleichen Durchmessers wie die Brennelemente, wobei die Graphitele­ mente des Deckenreflektors unmittelbar auf den eine statio­ näre Schüttung bildenden Brennelementen aufliegen;
  • c) als Kernbehälter ist ein aus Gitterwerk oder Lochblech be­ stehender, oben offener Käfig vorgesehen, dessen Maschen bzw. Löcher kleiner sind als der Durchmesser der Graphit- und Brennelemente und der das gesamte Gewicht der Graphit- und Brennelementschüttung aufzunehmen vermag;
  • d) an der Innenwand des als Kernbehälter dienenden Käfigs sind gleichmäßig verteilt aus Gitterwerk oder Lochblech gefer­ tigte zylindrische Hülsen befestigt, die sich etwa über die gesamte Höhe des Käfigs erstrecken und in denen die ledig­ lich für Trimm- und Abschaltzwecke vorgesehenen Absorber­ stäbe angeordnet sind;
  • e) am Boden des Kernbehälters ist eine verschließbare Öffnung zur Entnahme von abgebrannten Brennelementen und Graphitele­ menten vorgesehen;
  • f) an dem Deckel des Druckbehälters ist in an sich bekannter Weise in zentraler Position in senkrechter Lage das Geblä­ se befestigt;
  • g) an dem Kernbehälter ist in an sich bekannter Weise oben ein Gasführungsmantel angesetzt, der in dem freien Raum ober­ halb des Deckenreflektors Saug- und Druckseite des Gebläses trennt.
Die Verwendung von kugelförmigen, also schüttfähigen Elementen nicht nur für die aktive Kernzone, sondern auch für den inneren Teil des Seitenreflektors sowie für den Boden- und Deckenteil des die aktive Kernzone umgebenden Graphitreflektors macht es möglich, daß sich nach erfolgtem Ausbau des Kernbehälters aus dem Kernreaktor der Graphitreflektor viel leichter aus dem Kern­ behälter entfernen läßt. Der Kernbehälter wird entgegen der bis­ her üblichen Bauweise nicht aus vollem Material hergestellt, sondern aus Lochblech oder einem metallischen Gitterwerk, was mit zwei wesentlichen Vorteilen verbunden ist. Zum einen wird das Gewicht des Kernbehälters erheblich reduziert, was bei sei­ nem Ausbau eine Rolle spielt, und zum anderen wird die Wirkung des metallischen Kernbehälters als Neutronenabsorber herabge­ setzt.
Der erfindungsgemäße Kernreaktor zeichnet sich zudem durch eine kompakte Bauweise aus, und durch seine unterirdische Anordnung ist er gegen Einwirkungen von außen (Flugzeugabsturz, Druckwel­ le, Sabotage usw.) und Störfälle im konventionellen Teil (Rohr­ leitungsbrüche usw.) geschützt. Außerdem stellt das umgebende Erdreich eine hervorragende Abschirmung gegen radioaktive Strah­ lung dar.
Das einfache und wirtschaftliche Konzept führt zu einer Lei­ stungsgröße von ca. 10 bis 20 MW. Ein höherer Leistungsbedarf kann durch Vervielfachen des Einheitsreaktors erreicht werden. Alle notwendigen Zusatzeinrichtungen sind zur weiteren Verbes­ serung der Wirtschaftlichkeit nur einmal vorgesehen.
Durch die einfache Ausführung werden niedrige Energieerzeugungs­ kosten erreicht, die mit gegenwärtigen fossilen Energieträgern konkurrieren können.
Die stationäre Brennelement-Schüttung ermöglicht einen Leistungs­ betrieb von ca. 10 bis 40 Jahren. Anschließend werden die Brenn­ elementkugeln ausgetauscht, wobei sie mitsamt dem Kernbehälter, den Graphitkugeln und den Trimm- und Abschaltstäben ausgebaut werden; auf eine Anlage für kontinuierliche und diskontinuierli­ che Beschickung kann somit verzichtet werden. Die Unterkritika­ lität der Brennelemente in dem Kernbehälter während des An- und Abtransports wird durch das Verbleiben der Trimm- und Abschalt­ stäbe in dem Kernbehälter sichergestellt. Der mögliche Ausbau des Kernbehälters mit den in ihm angeordneten Komponenten führt zu einer längeren Standzeit der gesamten Anlage, da hochbelaste­ te Bauteile, wie z.B. der innere Seiten- und der Deckenreflek­ tor, auf einfache Weise ausgetauscht werden können.
Das Kühlgas, vorzugsweise Helium, wird mittels des Gebläses, dessen Laufrad in einen zwischen dem Deckel des Druckbehälters und dem Deckenreflektor befindlichen freien Raum hineinragt, von oben nach unten durch die Brennelement-Schüttung transportiert. Nach Durchströmen der Schüttung verteilt sich das Kühlgas über den Boden des Druckbehälters und strömt anschließend in dem Ringraum zwischen dem Kernbehälter und der Innenseite des Druck­ behälters nach oben. Danach strömt es außen an dem Gasführungs­ mantel entlang und tritt wieder in das Gebläse ein.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprü­ chen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen zu entnehmen. Die Figuren zeigen im einzelnen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kernreaktor gemäß der Erfindung,
Fig. 2 die gesamte Anlage mit oberirdischen Bauten.
Wie die Fig. 1 erkennen läßt, ist ein unterirdisch angeordneter zylindrischer Druckbehälter 1 aus Stahlbeton vorgesehen, der ei­ ne Kaverne 2 umschließt. Sein Deckenbereich besteht aus einem abnehmbaren Deckel 3, der die Druckbehälteröffnung abschließt. In der Kaverne 2 ist ein Kernreaktor 4 untergebracht, dessen Kern aus einer stationären Schüttung 5 kugelförmiger Brennele­ mente 6 besteht. Die Brennelemente 6, die im Warm- und Kalt­ preßverfahren hergestellt werden, weisen eine Schwermetallbela­ dung auf, wodurch eine lange Verweilzeit der Brennelemente im Kern ermöglicht wird.
Die Schüttung 5 ist allseitig von einem Graphitreflektor 7 um­ schlossen, der zum größten Teil von einer Schüttung reiner Graphitelemente 8 in Kugelform gebildet wird, wobei die Graphitkugeln 8 den gleichen Durchmesser aufweisen wie die Brennelementkugeln 6. Der Graphit­ reflektor 7 besteht aus einem festen, äußeren Seitenreflektormantel 29, einem inneren Seitenreflektorteil 10 aus Graphitkugeln 8, dem Bodenreflektor 9 aus Graphitkugeln 8 und dem Deckenreflektor 11 ebenfalls aus Graphitkugeln 8, dessen Graphitkugeln 8 direkt auf den Brennelementkugeln 6 aufliegen. Zwischen dem Deckenreflektor 11 und dem Deckel 3 befindet sich ein freier Raum 12. Ein weiterer freier Raum 13 ist zwischen dem Bodenreflektor 9 und dem Boden des Druckbehälters 1 vorgesehen; in diesem Raum ist eine metallische Abstützeinrichtung 14 ange­ ordnet, über die sich der Kernreaktor 4 auf dem Druckbehälterbo­ den abstützt.
Die Brennelement-Schüttung 5 wird von oben nach unten von einem Kühlgas, vorzugszweise Helium, durchströmt, das mittels eines Gebläses 15 umgewälzt wird. Das Gebläse 15 ist in senkrechter Lage zentral unten an dem Deckel 3 angebracht, wobei sich sein Laufrad in dem freien Raum 12 befindet. Der Antriebsmotor 19 für das Gebläse 15 ist in einer Durchdringung 16 des Deckels 3 in­ stalliert, die außen mit einem Verschlußteil 17 versehen ist. Dies erleichtert die Wartung von Motor und Gebläse.
Die Brennelement-Schüttung 5 ist seitlich und unten von einem Kernbehälter 18 aus Metall umschlossen, der auch den gesamten aufgeschütteten Graphitreflektor 7 aufnimmt; d.h. der feste Au­ ßenmantel 29 befindet sich außerhalb des Kernbehälters 18. Der Kernbehälter 18 hat die Form eines oben offenen Käfigs, dessen zylindrische Seitenwand und dessen Boden aus Gitterwerk oder Lochblech bestehen. Er vermag das gesamte Gewicht der Graphitku­ geln 8 und Brennelementkugeln 6 aufzunehmen. Die Maschen des Gitterwerks bzw. die Löcher des Lochblechs sind so bemessen, daß keine Graphitkugeln 8 aus dem Käfig heraustreten können. An sei­ nem Boden besitzt der Kernbehälter 18 eine verschließbare Öff­ nung 28, durch welche Brennelemente 6 und Graphitkugeln 8 abge­ zogen werden können.
An der Innenwand des Kernbehälters 18 sind gleichmäßig verteilt aus dem gleichen Gitterwerk oder Lochblech gefertigte zylindri­ sche Hülsen 20 befestigt, welche sich etwa über die gesamte Hö­ he des Kernbehälters 18 erstrecken und als senkrechte Kanäle für Absorberstäbe 21 dienen, die in den Hülsen 20 verfahrbar ange­ ordnet sind. Die Antriebseinrichtungen 22 für die Absorberstäbe 21 sind in Durchdringungen 23 des Deckels 3 vorgesehen, die mit Deckeln 25 verschlossen sind.
Die Absorberstäbe 21, die sich also innerhalb des Seitenreflek­ tors 10 befinden, sind nur zum Trimmen und Abschalten vorgese­ hen; die Regelung der Reaktorleistung erfolgt allein über die Drehzahl des Gebläses 15 und die sekundäre Durchströmung eines (noch zu beschreibenden) Kühlsystems, wobei die stabilisierende Eigenschaft des negativen Temperaturkoeffizienten ausgenutzt wird. Auf eine aktive Regelung mit den Absorberstäben 21 kann somit verzichtet werden.
Die Trimm- und Abschaltstäbe 21 dienen in Verbindung mit abbrenn­ baren Neutronengiften (z.B. Gadolinium) auch dazu, die anfängli­ che Überschußreaktivität zu binden. Die während des Reaktorbe­ triebs auftretenden Änderungen der Überschußreaktivität werden durch Verfahren der Trimm- und Abschaltstäbe 21 kompensiert. Da­ bei werden die Trimm- und Abschaltstäbe 21 nach und nach von Zeit zu Zeit von Hand ausgefahren. Eine Regelung und Automatik ist für diese langsamen Reaktivitätsänderungen nicht erforder­ lich. Kurzzeitige Schwankungen der Brennelementtemperaturen wer­ den infolge der hohen Temperaturbeständigkeit der keramischen Brennelementkugeln 6 über einen relativ weiten Bereich problem­ los vertragen.
Der Kernbehälter 18 läßt sich mitsamt dem Graphitreflektor 7 (mit Ausnahme des festen Außenmantels 29), den Brennelementen 6 und den Absorberstäben 21 nach Entfernen des Deckels 3 nach oben ausbauen. Dazu wird eine Abschirmglocke zu Hilfe genommen. Die Absorberstäbe 21 gewährleisten die Unterkritikalität der Schüt­ tung 5 beim Aus- und Einbauvorgang. Ein Ausbau des Kernbehälters 18 wird dann vorgenommen, wenn die Brennelemente 6 hinreichend abgebrannt sind.
Auf der gesamten Innenseite des Druckbehälters 1 ist ein Kühlsy­ stem 24 angebracht, das aus vorzugsweise von Kühlwasser durch­ strömten Rohren besteht und so ausgelegt ist, daß die in der Schüttung 5 erzeugte Wärme beim Leistungsbetrieb wie auch beim Nachwärmeabfuhrbetrieb sicher abgeführt werden kann. Um den Ein­ bruch von Wasser in den Primärkreis mit Sicherheit zu verhindern, ist der Gasdruck in dem Primärkreis so gewählt, daß er über dem Druck des Mediums in dem Kühlsystem 24 liegt.
In dem freien Raum 12 ist ein Gasführungsmantel 26 vorgesehen, der Saug- und Druckseite des Gebläses 15 trennt. Er ist an dem oberen Ende des Kernbehälters 18 angeschlossen.
Die Regelung der Reaktorleistung wird allein über die Drehzahl des Gebläses 15 und die sekundäre Durchströmung des Kühlsystems 24 vorgenommen, wobei der einem Kugelhaufenreaktor inhärente ne­ gative Temperaturkoeffizient ausgenutzt wird. Das Gebläse 15 saugt das Kühlgas, dessen Druck sich bei Normalbetrieb auf ca. 8 bis 10 bar einstellt, aus dem freien Raum 12 an und fördert es in die Schüttung 5. Beim Durchströmen der Schüttung 5 erhöht sich die Temperatur des Gases von ca. 300°C auf 500°C. Das aufgeheizte Kühlgas tritt durch den Bodenreflektor 9 in den freien Raum 13 ein, in dem es sich verteilt und einem Ringraum 27 zwischen der Druckbehälter-Innenseite und dem Kernbehälter 18 zugeführt wird. Von hier strömt das abgekühlte Gas außen an dem Gasführungsmantel 26 entlang zu dem Gebläse 15.
Das Fehlen von wasserführenden Komponenten im Primärkreis sowie der Umstand, daß während des Betriebs keine Zugabe von Brennele­ menten 6 erfolgt oder auf andere Weise Verunreinigungen in den Primärkreis verschleppt werden, ermöglichen es, daß auf eine Gasreinigungsanlage verzichtet werden kann. Eine Beschickungs­ anlage, ein Reaktorschutzsystem und aktive Regelsysteme sind für den Kernreaktor 4 ebenfalls nicht erforderlich und somit auch nicht vorgesehen. Daher ergeben sich bei dem Kernreaktor 4 sehr niedrige Energieerzeugungskosten, und der erforderliche Wartungsaufwand ist gering.
Die in dem Kernreaktor 4 anfallende Nachwärme kann auch bei Störfällen sicher abgeführt werden.
Bei Ausfall des Gebläses 15 erfolgt die Nachwärmeabfuhr über Na­ turkonvektion an das Kühlsystem 24, wobei sich in der Brennele­ ment-Schüttung 5 die Strömungsrichtung des Kühlgases umkehrt. Dies führt jedoch nicht zu einer thermischen Gefährdung des Ge­ bläses 15 und seines Antriebsmotors 22. Ein sich eventuell im Primärkreis ergebender Druckanstieg kann entweder bereits bei der Auslegung des Primärkreises berücksichtigt oder durch Über­ strömen des Kühlgases in Gas-Lagerbehälter kompensiert werden. Der Aufbau des Kühlsystems 24 erfolgt in der Weise, daß für die Nachwärmeabfuhr durch Naturkonvektion eine ausreichende Menge Kühlmedium durch die Rohre des Kühlsystems 24 zirkuliert.
Im Druckentlastungsstörfall wird die Nachwärme ebenfalls an das Kühlsystem 24 übertragen, und zwar durch Wärmeleitung über den Graphitreflektor 7 sowie durch Wärmestrahlung von dem Graphit­ reflektor 7 zu dem Kühlsystem 24. Auch hierbei werden im Kern des Reaktors 4 die bei Normalbetrieb herrschenden Temperaturen nicht wesentlich überschritten.
Sogar bei Ausfall des Kühlsystems 24 wird die Nachwärme sicher abgeführt, ohne daß es zu einer Schädigung der Brennelemente 6 oder gar zu einer Aktivitätsfreisetzung aus den Brennelementen 6 kommt. Die Abfuhr der Nachwärme erfolgt in diesem Falle durch Leitung durch den Druckbehälter 1 in das umgebende Erdreich so­ wie in die Atmosphäre. Bei Verwendung eines Stahl- oder Spann­ betonbehälters als Druckbehälter 1 kann die Wärmeleitung durch die besondere Anordnung der Stahlbewehrung günstig beeinflußt werden. Der einfache Aufbau macht nur einen sehr geringen Über­ wachungsaufwand erforderlich.
Die Fig. 2 zeigt die gesamte Kernreaktoranlage mit dem Druckbe­ hälter 1, der unterirdisch in einer Kaverne 40 angeordnet ist und auf einem Fundament 31 ruht, mit einer die Kaverne 40 oben abschließenden Betonabdeckung 32 und einer Halle 33 in Leicht­ bauweise. Die Betonabdeckung 32 schützt den Kernreaktor 4 in Verbindung mit der unterirdischen Bauweise vor Einwirkungen von außen. Die Halle 33 weist ein Tor 36 auf und ist in einen Werk­ statt- und Betriebsraum 37 und einen Raum 38 für den Ein- und Ausbau des Kernbehälters 18 unterteilt. Zu diesem Zweck sind in dem Raum 38 Schienen 35 vorgesehen, auf denen ein Kran 34 läuft. Die Kaverne 40 ist mit Beton ausgekleidet. Der Zwischenraum 39 zwischen Kavernenwand und Druckbehälter 1 wird auf Leckage und Aktivität überwacht. Durch geringe Absaugung kann ggf. ein leichter Unterdruck gegenüber der Umgebung eingestellt werden. Etwaige Leckagen werden diskontinuierlich gezielt abgeleitet.

Claims (9)

1. Unterirdisch in der Kaverne eines zylindrischen Druckbehäl­ ters angeordneter Kernreaktor niedriger Leistung mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, die mit Hilfe eines Gebläses von oben nach unten von einem Kühlgas durchströmt wird, mit einem ausbaubaren Kernbehälter aus Metall, mit einem die Druckbehälteröffnung abschließenden Deckel, der für den Ein- und Ausbau des Kernbehälters abnehmbar ist, mit einem die Schüttung der Brennelemente allseitig umge­ benden, aus Boden-, Seiten- und Deckenreflektor bestehenden Graphitreflektor, der z.T. innerhalb des Kernbehälters an­ geordnet ist, und mit in dem Seitenreflektor bewegbar an­ geordneten Absorberstäben, gekennzeichnet durch die folgen­ den Merkmale:
  • a) der Seitenreflektor besteht aus einem außerhalb des Kernbehälters (18) befindlichen festen Außenmantel (29) und einem innerhalb des Kernbehälters (18) be­ findlichen inneren Teil (10), der in an sich bekann­ ter Weise von einer Schüttung kugelförmiger Graphit­ elemente (8) des gleichen Durchmessers wie die Brenn­ elemente (6) gebildet wird;
  • b) Bodenreflektor (9) und Deckenreflektor (11) bestehen ebenfalls aus einer Schüttung kugelförmiger Graphit­ elemente (8) des gleichen Durchmessers wie die Brenn­ elemente (6), wobei die Graphitelemente (8) des Dec­ kenreflektors (11) unmittelbar auf den eine stationä­ re Schüttung (5) bildenden Brennelementen (6) auflie­ gen;
  • c) als Kernbehälter (18) ist ein aus Gitterwerk oder Loch­ blech bestehender, oben offener Käfig vorgesehen, des­ sen Maschen bzw. Löcher kleiner sind als der Durchmes­ ser der Graphit- und Brennelemente (8, 6) und der das gesamte Gewicht der Graphit- und Brennelementschüttung aufzunehmen vermag;
  • d) an der Innenwand des als Kernbehälter (18) dienenden Käfigs sind gleichmäßig verteilt aus Gitterwerk oder Lochblech gefertigte zylindrische Hülsen (20) befe­ stigt, die sich etwa über die gesamte Höhe des Käfigs erstrecken und in denen die lediglich für Trimm- und Abschaltzwecke vorgesehenen Absorberstäbe (21) ange­ ordnet sind;
  • e) am Boden des Kernbehälters (18) ist eine verschließ­ bare Öffnung (28) zur Entnahme von abgebrannten Brenn­ elementen (6) und Graphitelementen (8) vorgesehen;
  • f) an dem Deckel (3) des Druckbehälters (1) ist in an sich bekannter Weise in zentraler Position in senk­ rechter Lage das Gebläse (15) befestigt;
  • g) an dem Kernbehälter (18) ist in an sich bekannter Wei­ se oben ein Gasführungsmantel (26) angesetzt, der in dem freien Raum (12) oberhalb des Deckenreflektors (11) Saug- und Druckseite des Gebläses (15) trennt.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennelemente (6) eine hohe Schwermetallbeladung auf­ weisen.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gesamten Innenseite des Druckbehälters (1) ein Kühlsystem (24) angebracht ist, das die in der Brennele­ mentschüttung (5) erzeugte Wärme aus dem Druckbehälter (1) abführt.
4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck im Primärkreis so gewählt ist, daß er über dem Druck des Mediums im Kühlsystem (24) liegt.
5. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Primärkreis und Kühlsystem (24) derart ausgelegt sind, daß auch bei Störfällen eine sichere Abfuhr der Nachwärme ge­ währleistet ist.
6. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Deckel (3) mit einem abnehmbaren Verschlußteil (17, 25) versehene Durchdringungen (16, 23) vorhanden sind, die zur Aufnahme der Antriebseinrichtungen (22) für die Absor­ berstäbe (21) sowie des Gebläsemotors (19) dienen.
7. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich oberhalb des auf einem Fundament (31) gelagerten Druckbehälters (1) eine massive Betonabdeckung (32) befin­ det, oberhalb von welcher eine Halle (33) in Leichtbauwei­ se zur Aufnahme von Hilfs- und Versorgungssystemen vorge­ sehen ist.
8. Verfahren zum Beschicken des Kernreaktors nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
  • a) zunächst wird eine nur aus Graphitelementen (8) beste­ hende Schicht von der Dicke des Bodenreflektors (9) auf dem Boden des Kernbehälters (18) abgelagert;
  • b) vor dem Beschicken des Kernbehälters (18) mit Brenn­ elementen (6) wird eine zylinderartige Trennblende in den Kernbehälter (18) eingeführt, deren Durchmesser dem inneren Durchmesser des aus den Graphitelementen (8) zu bildenden Seitenreflektorteils (10) entspricht;
  • c) der Ringraum zwischen Kernbehälter (18) und Trennblen­ de sowie der zentrale Innenraum werden zur gleichen Zeit, jedoch mit verschiedenen Elementen - Graphit­ elementen (8) bzw. Brennelementen (6) - beschickt;
  • d) mit fortschreitender Beschickung wird die Trennblende in dem Kernbehälter (18) nach oben gezogen und nach Erreichen der Schütthöhe der Brennelemente (6) aus dem Kernbehälter (18) entfernt, worauf nur noch Gra­ phitelemente (8) eingefüllt werden.
9. Verfahren zum Abziehen abgebrannter Brennelemente und Gra­ phitelemente aus dem Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 und 7, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
  • a) nach Entfernen der massiven Betonabdeckung (32) wird eine Abschirmglocke direkt auf den Druckbehälter (1) aufgesetzt;
  • b) nach Abheben des Deckels (3) des Druckbehälters (1) wird der Kernbehälter (18) mit allen Graphit- und Brennelementen (8, 6) sowie den Absorberstäben (21) in die Abschirmglocke eingezogen;
  • c) der Kavernenbehälter (18) wird innerhalb der Abschirm­ glocke so weit angehoben, daß bereits in der Abschirm­ glocke vorhandene Aufnahmebehälter für Graphitelemente (8) und Brennelemente (6) unter den Kernbehälter (18) gebracht und durch die Öffnung (28) im Boden des Kern­ behälters (18) beladen werden können.
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JP61203908A JPH0631740B2 (ja) 1985-09-27 1986-09-01 原子炉とその使用方法
US06/912,501 US4826652A (en) 1985-09-27 1986-09-29 Low capacity nuclear reactor housed underground in the cavity of a cylindrical pressure vessel

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002001577A1 (en) * 2000-06-29 2002-01-03 Eskom Nuclear plant

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2828631B2 (ja) * 1987-03-13 1998-11-25 三洋電機株式会社 超電導物質の製造方法
FR2807563B1 (fr) * 2000-04-07 2002-07-12 Framatome Sa Assemblage de combustible nucleaire pour un reacteur refroidi par de l'eau legere comportant un materiau combustible nucleaire sous forme de particules
US7144087B2 (en) * 2002-01-09 2006-12-05 Asph{dot over (a)}lt Zipper, Inc. Systems and methods for milling paving material with increased stability, support, and power
US20060050835A1 (en) * 2004-09-03 2006-03-09 Bazant Martin Z Bi-disperse pebble-bed nuclear reactor
DE102005019911A1 (de) * 2005-04-27 2006-11-02 Basf Ag Verfahren der rektifikativen Auftrennung einer Acrylsäure und/oder Methacrylsäure enthaltenden Flüssigkeit
ITRM20070256A1 (it) * 2007-05-07 2008-11-08 Susanna Antignano Impianto nucleare supersicuro e a decommissioning semplificato/facilitato.
WO2016164935A1 (en) * 2015-04-09 2016-10-13 Claudio Filippone Transportable sub-critical modules for power generation and related methods
CN107408413A (zh) * 2015-10-07 2017-11-28 克劳迪奥·菲利庞 用于发电的可运输亚临界模块及相关方法
US10706973B2 (en) * 2017-05-02 2020-07-07 Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc Very simplified boiling water reactors for commercial electricity generation
US11380451B2 (en) * 2017-08-15 2022-07-05 Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc Depressurization and coolant injection systems for very simplified boiling water reactors
US20220270770A1 (en) * 2021-02-24 2022-08-25 Palvannanathan Ganesan Underground nuclear power reactor with a blast mitigation chamber

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1034784B (de) * 1956-03-16 1958-07-24 Dr Rudolf Schulten Atomkernreaktor mit Gaskuehlung
DE3016402A1 (de) * 1980-04-29 1981-11-05 GHT Gesellschaft für Hochtemperaturreaktor-Technik mbH, 5060 Bergisch Gladbach Hochtemperaturreaktor in modul-bauweise
DE3335451A1 (de) * 1983-09-30 1985-04-18 Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 4600 Dortmund Kernreaktoranlage
DE3518968A1 (de) * 1985-05-25 1986-11-27 Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 4600 Dortmund Unterirdisch in der kaverne eines zylindrischen druckbehaelters angeordneter kernreaktor niedriger leistung

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2975116A (en) * 1946-10-08 1961-03-14 Daniels Farrington Neutronic reactor
BE532106A (de) * 1953-09-25
US3039945A (en) * 1955-06-29 1962-06-19 Westinghouse Electric Corp Fluidized bed nuclear reactor
US2873242A (en) * 1956-06-29 1959-02-10 Treshow Michael Neutronic reactor system
US3287910A (en) * 1963-09-04 1966-11-29 Cornell Aeronautical Labor Inc Nuclear reactor
DE1646783C3 (de) * 1965-12-18 1974-08-15 Nukem Gmbh, 6454 Grossauheim Verfahren zur Herstellung von kugelförmigen Graphit-Brennstoffelementen
US3294645A (en) * 1966-04-22 1966-12-27 Susskind Herbert Controlled unloading of geometrically ordered packed beds
GB1101067A (en) * 1966-11-30 1968-01-31 Atomic Power Constr Ltd Improvements in or relating to metal-lined concrete pressure vessels
DE2621358C2 (de) * 1976-05-14 1986-05-22 Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 4600 Dortmund Verfahren zur Bestimmung des Spaltstoffgehalts einer Probe mittels eines kritischen Reaktors
DE2710859C2 (de) * 1977-03-12 1986-06-26 Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 4600 Dortmund Verschlußvorrichtung für große Öffnungen in einem unter hohem Druck stehenden Behälter
DE3149794C1 (de) * 1981-12-16 1983-06-09 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Kugelhaufen-Kernreaktor mit kugelfoermigen Brennelementen
DE3322998A1 (de) * 1983-06-25 1985-01-03 Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 4600 Dortmund Metallischer liner zur auskleidung der zylindrischen kaverne eines spannbetondruckbehaelters
DE3404572A1 (de) * 1984-02-09 1985-08-14 Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 5000 Köln In einer unterirdischen kaverne angeordnetes kernkraftwerk mit einem ht-kleinreaktor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1034784B (de) * 1956-03-16 1958-07-24 Dr Rudolf Schulten Atomkernreaktor mit Gaskuehlung
DE3016402A1 (de) * 1980-04-29 1981-11-05 GHT Gesellschaft für Hochtemperaturreaktor-Technik mbH, 5060 Bergisch Gladbach Hochtemperaturreaktor in modul-bauweise
DE3335451A1 (de) * 1983-09-30 1985-04-18 Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 4600 Dortmund Kernreaktoranlage
DE3518968A1 (de) * 1985-05-25 1986-11-27 Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 4600 Dortmund Unterirdisch in der kaverne eines zylindrischen druckbehaelters angeordneter kernreaktor niedriger leistung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002001577A1 (en) * 2000-06-29 2002-01-03 Eskom Nuclear plant

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0631740B2 (ja) 1994-04-27
CH671849A5 (de) 1989-09-29
US4826652A (en) 1989-05-02
DE3534422C2 (de) 1993-03-18
JPS6275375A (ja) 1987-04-07

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