DE3618966A1

DE3618966A1 - Anordnung zur sicherung der brennkammer von kernreaktoren gegen ueberhitzung

Info

Publication number: DE3618966A1
Application number: DE19863618966
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: GATTYS TECHNIQUE SA
Current assignee: GATTYS TECHNIQUE SA
Priority date: 1986-06-05
Filing date: 1986-06-05
Publication date: 1987-12-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Sicherung der Brennkammer von Kernreaktoren gegen Überhitzung im Falle eines Reaktorunfalls.

Der Ausfall des Kühl- und insbesondere Moderationssystems eines Kern reaktors tritt eine starke Erwärmung des Reaktorkerns ein, die bis zur Überhitzung bis auf mehrere tausend Grad und im Gefolge zu einem Durch schmelzen der Kernbrennkammer und der aus dem Tschernobyl-Fall bekannt gewordenen Abgabe von strahlendem Material in große Höhen der Atmosphäre sowie demgemäß weiten geographischen Streuung führen kann. Diese Gefahr besteht insbesondere bei graphitmoderierten Rektoren, bei denen - etwa zum Unterschied von Leichtwasser-Reaktoren - der Ausfall des Moderations- Systems nicht zur Unterbrechung sondern im Gegenteil zu unkontrolliertem Ablauf der Kettenreaktion führt. Ein System zur Sicherung eines Reaktors im Falle eines einmal eingetretenen unkontrollierten Ablaufs der Ketten reaktion ist - soweit erkennbar - bisher nicht bekannt geworden.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß als Aufgabe die Schaffung einer Anordnung zugrunde, mit deren Hilfe eine unkontrollierte Kettenreak tion unterbrochen werden kann und die Erfindung besteht darin, daß über und unter der Brennkammer weitere, neutronenabsorbierendes Material ent haltende Kammern vorgesehen sind, wobei die über der Brennkammer vorgese henen Kammern mit der Brennkammer mittels durch Schieber verschlossener Fallrohrleitungen verbunden sind.

Durch die Erfindung ist eine Anordnung geschaffen, mit deren Hilfe für den Fall eines unkontrollierten Verlaufs die Kettenreaktion in einem Kernkraftwerk unterbrochen und damit eine bis zum Schmelzdurchbruch rei chende Erwärmung des Kraftwerkskerns verhindert werden kann. Die Wirkung beruht darauf, daß das neutronenabsorbierende Material bei Eintritt des GAU-Falles durch selbsttätiges oder von außen ausgelöstes Öffnen der Schieber in die Brennkammer einrieselt und den Raum zwischen den Brenn stäben füllt mit der Folge, daß durch die von dem Material herbeigeführte Neutronenabsorption die weitere Kettenreaktion unterbunden wird. Es wird auf diese Weise die weitere Erwärmung unterbrochen.

Das neutronenabsorbierende Material ist vorteilhaft von einem Granulat aus Oxiden oder Salzen der Elemente mit hohem Neutronenabsorptionsquer schnitt, weiterhin glasbildenden Materialien gebildet, die gemeinschaft lich in einer Zementmatrix zu Formkörpern, insbesondere Pellets gebunden sind. Das glasbildende Material hat hierbei die Aufgabe, bei erhöhter Temperatur (800 bis 1100°C) eine (glasförmige) viskose Schmelze zu bilden, die einerseits - sofern es zu einem Aufschmelzen des Kernmaterials bei Temprraturen zwischen 2000 und 2800°C kommt - die gebildeten Gase und Dämpfe sowie die von ihnen mitgerissenen Metalle aufnimmt und andererseits - nach der aufgrund der Unterbrechung der Kettenreaktion erfolgten Erkaltung - einen festen glasigen oder glaskeramischen Block bildet. Zu diesem Zweck enthält das Granulat aus neutronenabsorbierendem Material zweckmäßig 38-50 Gew.-% Siliziumdiuxid, 10-20 Gew.-% Natrium oxid, 5-20 Gew.-% Gadoliniumoxid (Gd203), 5-10 Gew.-% Boroxid (B 203) sowie bis zu 5 Gew.-% Magnesiumoxid (MgO), wobei dieses Granulat in den Formkörpern in einer Menge von 60-75 Gew.-% bei einem Zementanteil von 20-35 Gew.-%, beispielsweise Portlandzement 35 F, sowie 5-8 Gew.-% Wasser (Wasser/Zement-Verhältnis 0,15-0,22) - jeweils bezogen auf die Gesamtmenge - enthalten ist. Ergänzend hierzu kann das Granulat Bleischrot in einer beliebigen Menge enthalten, durch das in der Schmelzphase ein die Absorption von Gasen und Aerosolen bewirkender Schmelzfilm gebildet und nach der Erstarrung eine gute Abschirmung des Blockes gegen gamma-Strahlung erzielt wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann auch unter der Brennkammer ein Bett mit Formkörpern gleicher Zusammensetzung angeordnet sein, das vorteilhaft in einer Zementwanne einer mindestens der Ausdehnung der Brennkammer entsprechenden Größe angeordnet ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß möglicherweise aus dem Reaktorkern ausschmelzendes Material aufgefangen und in Glasmatrix eingeschmolzen und damit auch eine von sol chem Material ausgehende Kettenreaktion durch Neutronenabsorption unter brochen wird.

Zweckmäßig weisen die Formkörper bzw. Pellets eine polydisperse Kornverteilung mit einem Kornspektrum zwischen 0,3 und 6 mm auf, wodurch eine optimale Wirksamkeit sowohl in Bezug auf die Unterbrechung der der Kettenrraktion als auch in Bezug auf das Einschmelzen des Kernmaterials erzielt wird. Die Anbringung der Anordnung kann auch nachträglich, d. h. in tätige Kernkraftwerke während einer Betriebsunterbrechung erfolgen.

Claims

1. Anordnung zur Sicherung der Brennkammer von Kernreaktoren gegen Überhitzung im Falle eines Reaktorunfalls, dadurch gekennzeichnet, daß über der Brennkammer neutronenabsorbierendes Material enthaltende Kammern vorgesehen sind, die mit der Brennkammer mittels durch Schieber verschlos sener Fallrohrleitungen verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das neutro nenabsorbierende Material von einem Granulat aus Oxiden oder Salzen der Elemente mit hohem Neutronenabsorptionsquerschnitt, weiterhin glasbilden den Materialien gebildet ist, die gemeinschaftlich in einer Zementmatrix zu Formkörpern, insbesondere Pellets gebunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat aus neutronenabsorbierendem Material 38-50 Gew.-% Siliziumdi oxid, 10-20 Gew.-% Natriumoxid, 5-20 Gew.-% Gadoliniumoxid (Gd203), 5-10 Gew.-% Boroxid (B 203) sowie bis zu 5 Gew.-% Magnesiumoxid (MgO) enthält und in den Formkörpern in einer Menge von 60-75 Gew.-% bei einem Zementanteil von 20-35 Gew.-%, beispielsweise Portlandzement 35 F, so wie 5-8 Gew.-% Wasser (Wasser/Zement-Verhältnis 0,15-0,22) - jeweils bezogen auf die Gesamtmenge - enthalten ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat Bleischrot enthält.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Brennkammer ein Bett mit Formkörpern gleicher Zusammenset zung angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bett in einer Zementwanne einer mindestens der Ausdehnung der Brennkammer entspre chenden Größe angeordnet ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper bzw. Pellets eine polydisperse Kornverteilung mit einem Kornspektrum zwischen 0,3 und 6 mm aufweisen.