DE3631018A1 - Method and device for shutting down and moderating nuclear reactors with a side reflector - Google Patents
Method and device for shutting down and moderating nuclear reactors with a side reflectorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschalten und Moderieren von Kernreaktoren mit Seitenreflektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for switching off and Moderate nuclear reactors with side reflectors in accordance the preamble of claim 1 and a device to carry out the procedure.
Es ist bekannt, für den bestimmungsgemäßen Betrieb von Kernreaktoren Neutronenabsorber und Neutronenreflektoren vorzusehen. Bei einer Reihe verschiedener bekannter Re aktoren ist der Reaktorkern, der das nukleare Brenn stoffinventar aufnimmt, mit einem Seitenreflektor verse hen. Dieser Reflektor dient dazu, Neutronen in den Kern zu reflektieren.It is known for the intended operation of Nuclear reactors neutron absorbers and neutron reflectors to provide. In a number of different known Re actuators is the reactor core that is the nuclear fuel records inventory, with a side reflector verse hen. This reflector serves to keep neutrons in the nucleus to reflect.
Für den kontrollierten Abbrand der nuklearen Brennele mente, das heißt zur Leistungsregelung des Reaktors, sind Neutronenabsorber als Steuerelemente vorgesehen, die im allgemeinen als Stäbe ausgebildet sind. Je nach Art und Größe des Kernreaktors sind solche Steuerstäbe nur im Seitenreflektor angeordnet, oder in nasenartig in den Reaktorkern hineinragenden Vorsprüngen oder gemischt im Seitenreflektor und gleichmäßig über den Reaktorkern verteilt. Bei Kerndurchmessern bis zu 4 m genügt zur sicheren Beherrschung des Reaktors die Be stückung mit Steuerstäben im Seitenreflektor. Bei größe ren Kerndurchmessern sind zusätzliche Maßnahmen, z.B. sogenannte Corestäbe, erforderlich, um den Reaktor un terkritisch zu halten.For the controlled burning of the nuclear fuel elements, i.e. to regulate the power of the reactor, neutron absorbers are provided as control elements, which are generally designed as rods. Depending on the type and size of the nuclear reactor, there are Control rods arranged only in the side reflector, or in projections protruding into the reactor core or mixed in the side reflector and evenly over distributed the reactor core. With core diameters up to 4 m is sufficient to safely control the reactor with control rods in the side reflector. With size Other core diameters are additional measures, e.g. so-called core rods, required to un the reactor to keep critical.
Bei allen bekannten Kernreaktoren erfolgt die Betätigung der Steuer- bzw. Abschaltstäbe in prinzipiell gleicher Weise. Sie werden je nach konstruktiver Ausgestaltung vertikal von unten oder von oben in den Reaktorkern ein gefahren, wo sie den dort vorhandenen Neutronenfluß vol ständig absorbieren. Je nach Leistungsbedarf werden die Steuerstäbe ganz oder teilweise aus dem Kern herausgezo gen und so der verfügbare Absorptionsquerschnitt für Neutronen vermindert.All known nuclear reactors are operated the control or shutdown rods in principle the same Wise. They will depend on the design vertically from below or from above into the reactor core drove where they the existing neutron flux vol absorb constantly. Depending on the power requirement, the Control rods completely or partially pulled out of the core gen and so the available absorption cross section for Neutrons decreased.
Zum Ein- und Ausfahren der Stäbe, deren Länge etwa der Höhe des Reaktorkerns entspricht, sind bauliche Vorkeh rungen zu treffen, das heißt, sowohl Platz für die Un terbringung der ausgefahrenen Stäbe als auch Platz für die Betätigungseinrichtungen der Stäbe, deren sogenannte Stabantriebe, vorzusehen.To retract and extend the rods, the length of which is about Corresponds to the height of the reactor core, structural measures are required strikes, that is, both space for the Un delivery of the extended rods as well as space for the actuators of the rods, the so-called Rod drives to be provided.
Diese erforderlichen baulichen Vorkehrungen führen zwangsläufig zu großen Bauhöhen der jeweiligen Reaktor behälter, die den Reaktorkern aufnehmen und ihrerseits im allgemeinen von einer zusätzlichen Sicherheitshülle aus Stahl und Stahlbeton umgeben sind.Perform these necessary structural precautions inevitably to great heights of the respective reactor containers that receive the reactor core and in turn generally from an additional security case made of steel and reinforced concrete.
Diese aus dem Platzbedarf für die im Seitenreflektor an geordneten Absorberstäbe resultierende Bauhöhe des Reak torbehälters führt zu nicht unerheblichen Mehrkosten gegenüber einem Kernreaktor mit geringerer Bauhöhe.This from the space required for that in the side reflector orderly absorber rods resulting height of the Reak door container leads to not inconsiderable additional costs compared to a nuclear reactor with a lower overall height.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Leistungsregelung eines Kernreaktors der oberbegriffli chen Art anzugeben, welches eine Verringerung der erfor derlichen Bauhöhe des Reaktorbehälters ermöglicht bei gleicher oder verbesserter Regelbarkeit, sowie eine Vor richtung anzugeben, welche die Durchführung des Verfah rens gestattet.It is therefore an object of the invention to provide a method for Power regulation of a nuclear reactor of the upper limit Chen type to indicate a reduction in the required The overall height of the reactor vessel enables same or improved controllability, as well as a pre to indicate the direction in which the procedure is to be carried out rens allowed.
Die Lösung der Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 4.The solution to the problem is the characteristic Features of claims 1 and 4.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, die zur Leistungsregelung im Seitenreflektor vorgesehe nen Absorber- bzw. Reflektorstäbe durch Drehung um ihre Längsachse in ihre jeweilige Betriebspostion zu bringen. Auf diese Weise entfällt die bisher erforderliche Vor haltung von sogenanntem "Parkraum" ober- oder unterhalb des Reaktorkerns für aus dem Reaktorkern herausgezogene Stäbe. Die Bewegung der Absorber und der Reflektoren kann bei erforderlicher gemeinsamer Betätigung hierbei auch synchron und mit gleicher Drehrichtung erfolgen.According to the method according to the invention, provided for power regulation in the side reflector NEN absorber or reflector rods by rotating them Bring the longitudinal axis into their respective operating position. In this way, the previously required pre is eliminated Maintenance of so-called "parking space" above or below of the reactor core for pulled out of the reactor core Rods. The movement of the absorbers and reflectors can be used if joint operation is required also take place synchronously and with the same direction of rotation.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich ausschließ lich auf Stäbe, die im Seitenreflektor, der den Reaktor kern konzentrisch umgibt, geführt sind. Zur optimalen Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher zweckmäßig, die Größe des Reaktorkerns so festzulegen, daß zur sicheren Beherrschung des nuklearen Brennprozes ses keine Kernstäbe benötigt werden, das heißt solche Stäbe, die in die mit Brennstoff gefüllte Kernzone des Reaktors eintauchen. Zwar ist eine Kombination des er findungsgemäßen Verfahrens mit den bekannten Verfahren des vertikalen Einbringens von Stäben in den Reaktorkern möglich, jedoch gilt es, die hieraus resultierenden Nachteile der erforderlichen Bauhöhe des Reaktorbehäl ters zu berücksichtigen.The method according to the invention relates exclusively Lich on rods in the side reflector that the reactor core concentrically surrounds, are guided. For optimal It is therefore use of the method according to the invention expedient to determine the size of the reactor core so that for the safe mastery of the nuclear burning process no core rods are required, that is to say those Rods that are in the fuel-filled core zone of the Immerse the reactor. Although it is a combination of the inventive method with the known methods the vertical insertion of rods into the reactor core possible, but it is important to use the resulting ones Disadvantages of the required height of the reactor vessel to take into account.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bewegliche Absorber- und Reflektorelemente vorgesehen, die einstückig oder mehrstückig aus gelenkig verbundenen Teilstücken ausgeführt sind.To carry out the method according to the invention movable absorber and reflector elements are provided, the one-piece or multi-piece from articulated Parts are executed.
Im weiteren soll auf die Ausgestaltung der Absorber- und Reflektorelemente eingegangen werden.Furthermore, the design of the absorber and Reflector elements are received.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Absor ber- und Reflektorelemente gemeinsam in einer zylindri schen Säule untergebracht, die in zwei längs geschnitt ene Bereiche unterteilt ist, welche jeweils das Absor bermaterial bzw. Reflektormaterial aufnehmen. Die Umfangsfläche des so ausgestalteten kombinierten Absorber-Reflektorelements weist demgemäß auf einer Längshälfte Absorbermaterial und auf der anderen Längs hälfte Reflektormaterial auf.According to one embodiment of the invention, the absorbers Over and reflector elements together in one cylinder column, which is cut in two lengthways Areas are divided, each of which is the absorber Pick up excess material or reflector material. The peripheral surface of the thus combined Absorber-reflector element accordingly has one Longitudinal half absorber material and on the other longitudinal half of the reflector material.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung kann dabei vorgese hen sein, daß das Absorbermaterial nur als Mantel mit bestimmter Dicke einen Kern aus Reflektormaterial um hüllt.According to a special embodiment, it can be pre-designed hen be that the absorber material with only as a jacket a certain thickness around a core of reflector material envelops.
Abhängig vom Verdrehwinkel zwischen 0 und 180° ist es mit einem derartigen Steuerstab möglich, volle Absorpti on oder volle Reflektion bzw. in Zwischenstellungen eine teilweise Absorption bzw. Reflektion zu erzielen. Depending on the angle of rotation it is between 0 and 180 ° possible with such a control rod, full absorption on or full reflection or in intermediate positions one to achieve partial absorption or reflection.
Die so beschaffenen Steuerelemente sind wie beim Stand der Technik in entsprechenden Ausnehmungen im Seiten reflektor geführt und werden von einem jedem Stab zuge ordneten Antrieb betätigt.The controls so created are the same as for the stand the technology in corresponding recesses in the page guided reflector and are drawn from each rod arranged drive actuated.
Als Antriebseinheit kommen gemäß der Erfindung aus schließlich Stellantriebe in Flachbauweise in Frage, die entweder elektrisch oder hydraulisch betrieben werden. Jedem Stellantrieb ist ferner zusätzlich ein Energie speicher zugeordnet, der dazu dient, bei Ausfall der üblichen Energieversorgung Energie bereit zu stellen, um den kombinierten Steuerstab so einzustellen, daß dessen mit Absorbermaterial versehene Stabhälfte auf den Reak torkern gerichtet ist und der Reaktor unterkritisch wird.As drive unit, according to the invention finally, actuators in flat design in question, the operated either electrically or hydraulically. Each actuator is also an energy allocated memory, which is used if the usual energy supply to provide energy to adjust the combined control rod so that its Half of the rod with absorber material on the reak core is directed and the reactor is subcritical becomes.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Absorber- und Reflektorelemente ist vorgesehen, diese leistenförmig auszubilden und an einem gemeinsamen Dreh flügel anzuordnen. Durch Drehung um die vertikale Längs achse des Drehflügels kann entweder die Reflektor- oder die Absorberfläche auf den Reaktorkern gerichtet werden. Die übrige Gestaltung, insbesondere die der Antriebsein heit, entspricht der vorstehend beschriebenen beim kom binierten zylindrischen Steuerstab.According to a further embodiment of the invention Absorber and reflector elements are provided training in a strip shape and on a joint turn to arrange wings. By turning the vertical longitudinal axis of the rotary wing can either be the reflector or the absorber surface are directed onto the reactor core. The rest of the design, especially the drive unit, corresponds to that described above for the com binary cylindrical control rod.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ver besserungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This and other advantageous embodiments and ver Improvements of the invention are the dependent claims remove.
Aus der DE-OS 28 51 915 ist ein erneuerbarer seitlicher Reflektor für einen Hochtemperatur-Kugelhaufen-Reaktor bekanntgeworden, der einen zylindrischen Reaktorbehälter aus Graphit als Reflektor aufweist. Dieser Reflektor ist aus einer Reihe von aneinandergrenzenden Graphitstäben gebildet, die um ihre Längsachse drehbar gelagert sind und mittels einer durch den Sicherheitsbehälter, welcher den Reaktorbehälter umfaßt, hindurchgeführten Steuerwel le von außen her drehbar sind.From DE-OS 28 51 915 is a renewable side Reflector for a high temperature pebble bed reactor became known of a cylindrical reactor vessel made of graphite as a reflector. This reflector is from a series of adjacent graphite rods formed, which are rotatably mounted about their longitudinal axis and by means of a through the security container, which comprises the reactor vessel, control shaft passed therethrough le are rotatable from the outside.
Diese Schrift befaßt sich ausschließlich mit der Ausge staltung des Seitenreflektors. Weitere Angaben zum Reak toraufbau, insbesondere zur Gestaltung der für den Reak torbetrieb erforderlichen Betriebs- und Steuerelemente sind nicht zu entnehmen. Daher soll diese Schrift im weiteren unbeachtet bleiben.This document deals exclusively with the issue design of the side reflector. Further information on the reak Gate structure, especially for the design of the Reak Operating and control elements required for door operation cannot be seen. Therefore, this document should others go unnoticed.
Anhand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung, vor teilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfin dung sowie weitere Vorteile näher erläutert und be schrieben werden.Using the drawing, in the embodiments of the Invention are shown, the invention, before partial refinements and improvements of the Erfin and other advantages explained and be be written.
Es zeigen (in unmaßstäblicher Darstellung):They show (in scale):
Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung einer Kernreaktor anlage mit einem Reaktor mit Seitenreflektor, Fig. 1 a block diagram of a nuclear reactor plant with a reactor having side reflector,
Fig. 2 Querschnitt durch einen Reaktorbehälter mit Seitenreflektor, Fig. 2 cross section through a reactor vessel having side reflector,
Fig. 3 Längsschnitt durch einen neuartigen Steuer stab, Fig. 3 shows a longitudinal section through a novel control rod,
Fig. 4 Querschnitt durch einen neuartigen Steuerstab, Fig. 4 cross-section through a novel control rod,
Fig. 5 Querschnitt durch einen neuartigen Steuerstab, Fig. 5 cross-section through a novel control rod,
Fig. 6 Querschnitt durch einen neuartigen Steuerstab. Fig. 6 cross section through a novel control rod.
In Fig. 1 ist eine Übersichtsdarstellung eines Kern kraftwerkes mit einem Sicherheitsbehälter 12, einem Ma schinenhaus 14 und einem Abgaskamin 18. Die Verbindung zwischen Sicherheitsbehälter 12 und dem Maschinenhaus 14 sowie zwischen dem Maschinenbaus 14 und dem Abgaskamin 18 wird über Verbindungsstücke 16 hergestellt. Der Sicherheitsbehälter 12 nimmt einen Reaktordruckbe hälter 20 auf, in desen Innerem ein Reaktorkern 22 vor gesehen ist, der zur Aufnahme des hier nicht gezeigten Brennstoffinventars vorgesehen ist. Konzentrisch um den Reaktorkern 22 ist ein Seitenreflektor 24 angeordnet, in welchem in regelmäßigen seitlichen Abständen Steuerstäbe 26 vertikal angeordnet sind. Zur Betätigung der Steuer stäbe 26 sind Antriebe 28 vorgesehen, die aufgrund ihrer geringen Bauhöhe in den Reaktordruckbehälter 20 inte griert sind.In Fig. 1 is an overview of a nuclear power plant with a containment tank 12 , a Ma machine house 14 and an exhaust stack 18th The connection between the safety container 12 and the nacelle 14 and between the mechanical engineering 14 and the exhaust stack 18 is established via connecting pieces 16 . The safety container 12 receives a Reaktordruckbe container 20 , in the interior of which a reactor core 22 is seen before, which is provided for receiving the fuel inventory, not shown here. A side reflector 24 is arranged concentrically around the reactor core 22 , in which control rods 26 are arranged vertically at regular lateral intervals. To actuate the control rods 26 drives 28 are provided which are inte grated due to their small height in the reactor pressure vessel 20 .
Die Proportionen des Reaktordruckbehälters 20 und seiner Einbauten sind unmaßstäblich wiedergegeben, um so die Besonderheit des Seitenreflektors zu verdeutlichen.The proportions of the reactor pressure vessel 20 and its internals are not shown to scale, so as to illustrate the peculiarity of the side reflector.
Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch einen Reaktordruckbe hälter 20, wie er aus Fig. 1 bekannt ist, mit einem Sei tenreflektor 24, der in regelmäßigen seitlichen Abstän den zueinander angeordnete Steuerstäbe 26 aufweist. Im Inneren des Reaktordruckbehälters 20, im Reaktorkern 22, befindet sich das mit Schraffur angedeutete Brennstoff inventar des Kernreaktors 10. Fig. 2 shows the cross section through a reactor pressure vessel 20 , as is known from Fig. 1, with a Be tenreflektor 24 , which has the mutually arranged control rods 26 at regular lateral intervals. In the interior of the reactor pressure vessel 20 , in the reactor core 22 , the fuel inventory of the nuclear reactor 10, indicated by hatching, is located.
In Fig. 3 ist ein neuartiger Steuerstab 26 gezeigt, der um seine Längsachse drehbar angeordnet ist. Koaxial zu seiner Längsachse sind eine Führungswelle 28 sowie eine Antriebswelle 30 angeordnet, an die ein nicht gezeigter Antrieb 28 anschließt.In Fig. 3, a novel control rod 26 is shown, which is arranged rotatable about its longitudinal axis. A guide shaft 28 and a drive shaft 30 are arranged coaxially to its longitudinal axis, to which a drive 28, not shown, connects.
In Fig. 4 ist ein neuartiger Steuerstab 26 gemäß Fig. 3 im Querschnitt gezeigt. Eine Hälfte seines kreisrunden Querschnitts besteht aus Absorbermaterial 32, insbeson dere Borcarbid (B₄C), besteht, während die andere Hälfte aus Reflektormaterial 34, z.B. Graphit, gebildet ist. Das Absorbermaterial 26 füllt den halben Querschnitt des Steuerstabes 26 über dessen gesamte Länge vollständig aus.In FIG. 4, a novel control rod 26 is shown in FIG. 3 shown in cross-section. Half of its circular cross section consists of absorber material 32 , in particular boron carbide (B₄C), while the other half is made of reflector material 34 , for example graphite. The absorber material 26 completely fills half the cross section of the control rod 26 over its entire length.
In Fig. 5 ebenfalls ein Querschnitt durch einen neuarti gen Steuerstab 27 wiedergegeben, bei dem im Unterschied zu dem in Fig. 4 gezeigten Steuerstab 26 jedoch das Ab sorbermaterial 32 als Mantel mit Halbkreisringquer schnitt ausgestaltet ist. Das übrige Volumen des ent sprechenden Steuerstabes 27 ist ausgefüllt mit Reflek tormaterial 34.In Fig. 5 also represented a cross-section through a innov gene control rod 27, in which, in contrast to that shown in Fig. 4, however, the control rod absorber material is from 32 designed as a coat with a semicircular ring Gauge 26. The remaining volume of the corresponding control rod 27 is filled with reflector material 34 .
In Fig. 6 ist eine weitere Variante eines neuartigen Steuerstabes 29 gezeigt, der nicht als zylindrische Säu le, sondern als quaderförmiger Stab mit rechteckigem Querschnitt ausgestaltet ist. Eine Hälfte ist hierbei aus Absorbermaterial 32 die andere aus Reflektormaterial 34 gebildet.In Fig. 6 a further variant of a novel control rod 29 is shown, which is not designed as a cylindrical column, but as a cuboid rod with a rectangular cross-section. One half is formed from absorber material 32, the other from reflector material 34 .
Claims (14)
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DE19863631018 DE3631018A1 (en) | 1986-09-12 | 1986-09-12 | Method and device for shutting down and moderating nuclear reactors with a side reflector |
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