DE3620672A1 - Zweikreis-kernreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Zweikreis-Kernreaktoren zur Erzeugung elektrischer Energie unter Verwendung bekannter und bewährter Bauelemente. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Anordnung der Bauelemente zur Verminderung des Gefahrenrisikos.

Zweikreis-Kernreaktoren haben sich in der Form von Druckwasser-Reaktoren in den letzten Jahrzehnten als technisch äußerst zuerlässig erwiesen. Dies hängt vor allem damit zusammen, daß das verwendete Leichtwasser zugleich Moderator und Wärmeträger ist. Bei Erhöhung der Wärmeentwicklung im Reaktor veringert sich die Wichte des Wassers, so daß die Anzahl der Wassestoff-Atome zwischen den Brennstäben abnimmt und dementsprechend weniger thermische Neutronen produziert werden, die allein geeignet sind, die Kernspaltung aufrecht zu erhalten. Bei Überhitzung des Wassers im Bereich der Brennstäbe kommt es schließlich zur Bildung von Dampf, wodurch die Anzahl der Wasserstoff-Atome drastisch vermindert wird. Der Reaktor hat somit Selbstausgleich und kann nicht durchgehen.

Außer dem technischen Risiko gibt es aber noch Risiken durch Terroristen, Flugzeugabstürze und Erdbeben, sowie Kriegseinwirkungen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, auch diese Risiken auszuschalten.

Die Lösung besteht darin, die Brennstäbe so anzuordnen, daß sie unzugänglich sind. Das spaltbare Material der Brennstäbe ist mit einer Hülle umgeben, die meist aus Zirkonium besteht. Diese Hülle hat die Aufgabe, die radioaktiven Spaltprodukte zurückzuhalten. Zirkonium darf nur bis zu einer bestimmten Druck-/Temperatur-Grenze belastet werden. Bei Ausfall der Kühlung kann durch die Nachwärme die Zirkonium-Hülle zerstört werden, wodurch radioaktive Stoffe in die Umgebung gelangen könnten. Die Brennstäbe sind also auch noch so anzuordnen, daß die Kühlung immer gewährleistet ist, selbst wenn Terroristen die Kühlwasserversorgung zerstört haben. Erfindungsgemäß wird der Reaktor unterirdisch angeordnet. Er ist dadurch unzugänglich und das erforderliche Kühlwasser gelangt durch die Schwerkraft zu den Brennstäben.

Wird der Reaktor tief genug angeordnet, kann auf eine Umwälzpumpe verzichtet werden, weil der Wichteunterschied des erhitzten Wassers in den Steigrohren zu dem des abgekühlten Wassers in den Fallrohren einen natürlichen Wasserumlauf aufrechterhält.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben. Der Primärkreislauf besteht aus dem Reaktor 1 und dem Wärmeaustauscher 2 im Dampferzeuger 3. Im Reaktor 1 herrscht beispielsweise ein Druck von 155 bar. Das Leichtwasser tritt mit etwa 290°C ein und mit etwa 320°C aus. Es sind dies die üblichen Verhältnisse in einem Druckwasser-Reaktor. Um Sieden zu vermeiden, wird durch den Druckhalter 4 der Primär-Kreislauf unter entsprechend hohem Druck gehalten. Bei den angegebenen Temperaturen ergibt sich pro 100 m Teufe ein Druckgefälle von etwa 0,65 bar. Bei strömungsgünstiger Dimensionierung des Leitungssystems kann schon bei einigen hundert Metern Teufe auf eine Umwälzpumpe verzichtet werden. Bei geringeren Teufen kann der Differenzdruck dadurch stark erhöht werden, daß im Druckhalter 4 der Druck so weit abgesenkt wird, daß im Steigrohr 5 Verdampfung einsetzt. Der Wärmeaustauscher 2 muß dann allerdings geeignet sein, den Dampf störungsfrei zu kondensieren. Der Sekundärkreislauf besteht aus dem Dampferzeuger 3, der üblicherweise unter dem Druck von 54 bar steht, der Turbinenanlage 7, dem Kondensator 8 und der Speisepumpe 9. Der Unterschied gegenüber den üblichen Druckwasser-Reaktoren besteht also nur darin, daß der Reaktor 1 mit den Fallrohren 5 und den Steigrohren 6 unterirdisch angeordnet ist, wobei der Reaktor 1 so tief unter der Erdoberfläche 10 liegt, daß ein Naturumlauf im Primärkreislauf immer gewährleistet ist.

Bei den bestehenden Druckwasser-Reaktoren ist der Reaktor 1 das Teil mit der geringsten Lebensdauer. Auf dem Wege der Nachrüstung läßt sich also ein derzeitiger oberirdischer Reaktor 1 schon frühzeitig durch einen unterirdischen ersetzen, der jederzeit durch Umschaltung der Steig- und Fallrohre 5, 6 in Betrieb genommen werden kann. Das derzeit noch bestehende Risiko kann im Laufe weniger Jahre völlig ausgeschaltet werden.

Für den unterirdischen Einbau der Reaktoren 1 kommen alte Kohle- und Salzbergwerke in Frage, in denen der Abbrand ohne Transportwege endgelagert werden kann.

Claims (7)

1. Zweikreis-Kernreaktor mit einem Primärkreislauf, in dem ein Kühlmittel zwischen Reaktor und Wärmeaustauscher umgewälzt wird, und mit einem Sekundärkreislauf, in dem ein Wasser/Dampf-Prozeß zwischen dem Wärmeaustauscher und einer Turbinenanlage stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) und die wesentlichen Teile seiner Steig- und Fall-Rohre (5, 6) unterhalb der Erdoberfläche (10) angeordnet sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Reaktors (1) zur Erdoberfläche (10) so groß ist, daß bei Reaktorbetrieb ein ausreichender Umlauf ohne Umwälzpumpe stattfindet.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Reaktors (1) zur Erdoberfläche mindestens 600 Meter beträgt.

4. Kernreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) in einem ausgedienten Bergwerk untergebracht ist.

5. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (2) ein Kondensator ist.

6. Verfahren zum Betrieb eines Reaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch geregelte oder gesteuerte Druckabsenkung im Druckhalter (4) in den Steigrohren (5) eine Teilverdampfung des Kühlmittels bewirkt wird, um dadurch den Umlauf im Primärkreislauf (1, 2, 5, 6) zu beschleunigen.

7. Verfahren zur Umrüstung eines Druckwasser-Reaktors zu einem Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes des Druckwasser-Reaktors unterirdisch ein neuer Reaktor (1) mit Steigeleitungen (5) und Falleitungen (6) installiert wird, der bei einem Betriebsstillstand der Anlage mit dem vorhandenen Wärmeaustauscher (2) verbunden wird.