DE3727529C2

DE3727529C2 -

Info

Publication number: DE3727529C2
Application number: DE3727529A
Authority: DE
Inventors: Erich 5132 Uebach-Palenberg De Broun
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1987-08-18
Filing date: 1987-08-18
Publication date: 1990-02-01
Also published as: DE3727529A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwimmbadkernreaktor mit folgenden Merkmalen:

(a) der Schwimmbadkernreaktor hat einen Reaktortank;
(b) im Reaktortank ist zumindest ein Kernkamin angeordnet;
(c) der Kernkamin weist eine Kühlmittelführung mit Anschlüssen für eine Kühlmittelzufuhr und -abfuhr auf;
(d) in dem Kernkamin ist eine Brennstoffzone vorgesehen;
(e) in der Brennstoffzone ist zumindest ein Brennelement mit brennstofffreiem Zentralkanal angeordnet;
(f) es ist eine Absorbereinrichtung vorgesehen;
(g) die Absorbereinrichtung ist über Antriebsstränge mit zumindest einem Absorberantrieb zu dessen vertikaler Bewegung zwecks Steuerung der Reaktorleistung verbunden.

Bei Schwimmbadreaktoren, die insbesondere für Forschungszwecke geeignet sind, ist es bekannt, vorzugsweise im Zentrum des Reaktortanks einen vertikal diesen durchdringenden Kernkamin vorzusehen, in dem ein Brennelement mit brennstofffreier Mittelzone angeordnet ist. Durch den Kernkamin wird ein Kühlmittel geschickt, beispielsweise demineralisiertes Wasser. Um die Reaktivität und damit die Ausgangsleistung des Reaktors regulieren zu können, ist eine Absorbereinrichtung in Form eines Moderatorstabes vorgesehen, der zur Steuerung über einen Absorberantrieb vertikal verfahren werden kann. Für die Schnellabschaltung sind zusätzlich Abschaltstäbe vorhanden, die in die Brennelementzone eingefahren werden können.

Dieser bekannte Schwimmbadkernreaktor hat einen komplizierten und damit kostenaufwendigen Aufbau.

Weiter ist in der DE-OS 14 64 606 ein Schwimmbadkernreaktor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1 beschrieben.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Schwimmbadkernreaktor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei geringem Bauaufwand eine feinfühlige Reaktivitätspegelsteuerung und gleichzeitig eine sicher funktionierende Schnellabschaltung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schwimmbadkernreaktor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, der sich in folgenden Merkmalen von dem bekannten Reaktor unterscheidet:

(h) die Absorbereinrichtung weist zwei Absorbereinheiten auf;
(i) die Absorbereinheiten sind über den Absorberantrieb gegenläufig und symmetrisch zum Mittelpunkt der Brennstoffzone auseinander- und zusammenfahrbar;
(j) die obere Absorbereinheit ist zumindest so hoch wie die Brennstoffzone;
(k) die untere Absorbereinheit ist zumindest halb so hoch wie die Brennstoffzone;
(l) die obere Absorbereinheit ist zumindest mit einer Schnellabschalteinrichtung zum vollständigen Einfahren dieser Absorbereinheit in die Brennstoffzone ausgebildet;
(m) der Zentralkanal ist von einem Füllmedium zumindest im Bereich der Brennstoffzone ausgefüllt, das eine im Vergleich zum Material der Absorbereinheiten geringere Neutronenabsorption hat.

Erfindungsgemäß ist hier die Absorbereinrichtung in zwei übereinander angeordnete Absorbereinheiten aufgeteilt, wobei diese Absorbereinheiten zur Reaktivitätspegelsteuerung vom Mittelpunkt der Brennstoffzone aus gegenläufig und symmetrisch auseinander gefahren werden können. Im Notfall kann die obere Absorbereinheit in die Brennelementzone hineinfallen, da sie mit einer Schnellabschalteinrichtung verbunden ist. Auf Grund ihrer der Erstreckung der Brennstoffzone entsprechenden Länge ist dabei gesichert, daß auch dann, wenn die untere Absorbereinheit voll aus der Brennstoffzone herausgefahren ist, das Brennelement vollständig von der oberen Absorbereinheit abgedeckt und so der Reaktivitätspegel unter den kritischen Pegel, bei dem die Kettenreaktion einsetzt, herabgesetzt wird bzw. bleibt. Dabei ist von Vorteil, daß dies allein mit der Absorbereinrichtung selbst geschieht, zusätzliche Schnellabschaltstäbe also nicht erforderlich sind.

Das Ausfüllen des freien Zentralkanals innerhalb der Brennstoffzone mit einem Füllmedium, das eine geringe Neutronenabsorption hat, dient dem Zweck, das als Kühlmittel in der Regel verwendete Wasser aus dieser Mittenzone herauszuhalten, da normales Wasser eine zu starke Neutronenabsorption bewirken und damit die Funktion des Reaktors in Frage stellen würde.

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Brennelement aus zwei gleich ausgebildeten, übereinander angeordneten Brennelementabschnitten besteht. Dies ermöglicht es, die Brennelementabschnitte während einer Betriebsperiode zu vertauschen, um einen möglichst guten Abbrand zu gewährleisten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgeschlagen, daß das Füllmedium im Zentralkanal aus einem in einem Behälter eingeschlossenen Gas, inbesondere Luft oder Helium, aus in einem Behälter eingeschlossenem, schweren Wasser oder Graphit oder aus Beryllium besteht. Letzteres Material ist wegen seines Multiplikationseffektes vorzuziehen. Dabei kann das Füllmedium mit der unteren Absorbereinheit verbunden werden, so daß es mit dieser mitbewegt wird. Es ist dann erforderlich, daß es zumindest 1,5mal so hoch wie die Brennstoffzone ist, damit sich das Füllmedium auch in ausgefahrener Stellung der unteren Absorbereinheit über die gesamte Höhe der Brennstoffzone erstreckt.

Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Absorbereinheiten als an der Innenseite des Brennelements bzw. der Brennelementabschnitte angeordnete Absorbermäntel ausgebildet sind. Sie sind also zwischen der Innenseite der Brennelemente und dem Füllmedium mantelförmig, vorzugsweise in Ringzylinderform, angeordnet. Dabei ist es aus Redundanz- und damit aus Sicherheitsgründen vorteilhaft, wenn zumindest einer der Absorbermäntel, insbesondere der obere Absorbermantel, vertikal in wenigstens zwei Absorbersegmente aufgeteilt ist, wobei die Absorbersegmente des oberen Absorbermantels mit eigenen Antriebssträngen verbunden sind, also auch unabhängig voneinander verfahrbar sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder Antriebsstrang der oberen Absorbereinheit in einen absorberseitigen Führungsstrang und einen antriebsseitigen Fahrstrang aufgeteilt ist und daß jeweils Führungsstrang und Fahrstrang mit einer Kupplung verbunden sind, die über die Schnellabschalteinrichtung(en) lösbar ist. Die Antriebsstränge der oberen Absorbereinheit sind also aufgeteilt, wobei sie im Normalbetrieb über die Kupplungen miteinander verbunden sind. Für die Schnellabschaltung lassen sie sich voneinander lösen, so daß die obere Absorbereinheit zusammen mit den Führungssträngen auf Grund ihres Eigengewichts nach unten fallen kann. Auf diese Weise gelangt die obere Absorbereinheit aus einer ausgefahrenen Stellung schnell wieder in den Bereich der Brennstoffzone und deckt dann den Bereich oberhalb der unteren Absorbereinheit ab.

Die Kupplung kann verschiedenartig ausgebildet sein. Eine einfache Ausführungsform ergibt sich dann, wenn die Kupplungen jeweils aus Ausnehmungen in sich überlappenden Abschnitten von Führungs- und Fahrstrang und darin einfassenden Kupplungselementen sowie aus einer mit der Schnellabschalteinrichtung verbundenen Kupplungsstange zur Führung der Kupplungselemente bestehen. Auf diese Weise können die Schnellabschalteinrichtung(en) außerhalb des Kernkamins angeordnet werden. Vorzugsweise sind die Kupplungselemente quer verschieblich gehalten und liegen an der Kupplungsstange an, wobei die Kupplungsstange Ausnehmungen aufweist, die den Kupplungselementen in der Lösestellung der Kupplungsstange gegenüberstehen und in die die Kupplungselemente aus den Ausnehmungen in zumindest einer der zu kuppelnden Stränge zurückspringen. Dabei können die Kupplungselemente als Kupplungskugeln ausgebildet sein.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Führungsstränge jeweils mit einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung versehen sind. Durch entsprechende Auslegung der Dämpfung kann die Fallgeschwindigkeit der oberen Absorbereinheit auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Führungsstränge an ihren antriebsseitigen Enden als Führungsrohre ausgebildet sind, in die die antriebsfernen Enden der Fahrstränge hineinragen, und daß in diesem Bereich eine Dämpfflüssigkeit vorgesehen ist. Bei der Entkupplung der Führungsstränge wird dann Dämpfflüssigkeit verdrängt, was zu einer entsprechenden Verlangsamung der Fallgeschwindigkeit führt. Selbstverständlich kann die Anordnung auch umgekehrt sein, d. h. daß die Führungsstränge in die als Fahrrohre ausgebildeten Fahrstränge einfahren. Dabei sollte jeweils das Führungsrohr den Fahrstrang eng umschließen und Dämpfungsöffnungen aufweisen, da sich über diese Dämpfungsöffnungen das Dämpfverhalten genau einstellen läßt.

Damit die obere Absorbereinheit im Falle der schnellen Abschaltung nicht auf die untere Absorbereinheit aufprallt, sind für die obere Absorbereinheit Anschläge vorgesehen, die sich mit der unteren Absorbereinheit mitbewegen. Auf diese Weise ist gesichert, daß die obere Absorbereinheit bei der Schnellabschaltung in einem vorgegebenen Minimalabstand zur unteren Absorbereinheit auf den Anschlägen zur Auflage kommt, und zwar unabhängig von der jeweiligen Stellung der unteren Absorbereinheit. Soweit die Antriebsstränge der oberen Absorbereinheit in Führungs- und Fahrstränge aufgeteilt sind, sollten die Anschläge im Bereich der antriebsseitigen Enden der Führungsstränge vorgesehen sein, wobei die Anschläge mit dem Antriebsstrang der unteren Absorbereinheit verbunden sind. Dies kann beispielsweise so ausgeführt werden, daß der Antriebsstrang der unteren Absorbereinheit über Quertraversen mit Anschlagrohren verbunden ist, die den Kupplungsbereich der Antriebsstränge der oberen Absorbereinheit umschließen und innenseitig die Anschläge für die Führungsstränge aufweisen. Dabei können die Anschlagrohre auch in das hydraulische Dämpfungssystem mit einbezogen werden, indem sie die Führungsrohre eng umschließen und ebenfalls Dämpfungsöffnungen aufweisen.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Schnellabschalteinrichtung einen im Normalbetrieb aktivierten Elektromagneten aufweist. Solche Schnellabschalteinrichtungen arbeiten passiv, d. h. bei Stromausfall sorgen sie für eine Schnellabschaltung des Reaktors.

Schließlich ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die Antriebsstränge und Absorberantriebe unterhalb des Kernkamins angeordnet sind. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Antrieb der Absorbereinheiten von oben her durchzuführen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines Schwimmbadkernreaktors;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Brennelementzone des Schwimmbadkernreaktors gem. Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Vertikalschnittdarstellung der Antriebsstränge für die Absorbermäntel in dem Schwimmbadkernreaktor gemäß den Fig. 1 und 2 und

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine Schnellabschalteinrichtung des Schwimmbadkernreaktors gemäß den Fig. 1 bis 3.

Der in Fig. 1 teilweise dargestellte Schwimmbadreaktor (1) weist einen Reflektortank (2) auf, der aus Aluminium besteht und einen Außendurchmesser von 210 cm und eine Höhe von ca. 250 cm hat. Der obere Teil des Reflektortanks (2) ist hier nicht dargestellt. Er ist zentral im Reaktorbecken (3) angeordnet und ruht auf Stützen (4, 5), die auf einem thermischen Schild (6) stehen. Dieses wiederum stützt sich auf dem Boden (7) des Reaktorbeckens (3) ab. Der Reflektortank ist mit D₂O gefüllt, während das Reaktorbecken demineralisiertes Wasser enthält. Das D₂O dient als Moderator und Reflektor für die im Kern erzeugten Neutronen.

Im Reflektortank (2) ist zentral ein sich vertikal erstreckender Kernkamin (8) angeordnet. Der Kernkamin (8) ist gegenüber dem Reflektortank (3) abgedichtet und geht nach oben durch den hier nicht dargestellten Deckel des Reflektortanks (2). Nach unten durchstößt der Kernkamin (8) das thermische Schild (6) und den Boden (7) des Reaktorbeckens (3) und biegt dann in dem unter dem Boden (7) angeordneten Kellerraum (9) waagerecht ab. Zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen ist unterhalb des Bodens (7) ein Faltenbalg (10) vorgesehen. Durch den Kernkamin (8) wird ein Primärkühlmittel, das ist im vorliegenden Fall normales Wasser, geführt.

Im Kernkamin (8) springt nach innen ein Kernsitz (11) vor, auf dem übereinander zwei als Ringzylinder im Abstand zueinander angeordnete ausgebildete Brennelemente (12, 13) vorgesehen sind, deren näherer Aufbau sich aus Fig. 2 ergibt. Die Brennelemente (12, 13) bilden zusammen eine Brennstoffzone (14).

Vom Kernsitz (11) erstreckt sich nach oben an der Innenseite der Brennelemente (12, 13) ein Absorberführungsrohr (15). In diesem Absorberführungsrohr (15) sind übereinander ein unterer Absorbermantel (16) und ein oberer Absorbermantel (17) geführt. Beide Absorbermäntel (16, 17) können beispielsweise aus Hafnium oder einer Indium-Silber-Cadmium-Legierung bestehen. Der untere Absorbermantel (16) ist etwa halb so hoch wie die Brennstoffzone (14), während der obere Absorbermantel (17) etwa die Höhe der gesamten Brennstoffzone (14) hat.

Der untere Absorbermantel (16) ruht auf dem äußeren Rand einer Stützplatte (18). Auf dieser Stützplatte (18) sitzt auch ein Berylliumstab (19), der den von den Absorbermänteln (16, 17) umschlossenen Raum ausfüllt und dessen Länge etwa dem 1,5fachen der Höhe der Brennstoffzone (14) entspricht.

Die Stützplatte (18) und damit der untere Absorbermantel (16) und der Berylliumstab (19) werden von einer vertikal nach unten gehenden Führungsstange (20) abgestützt. Die Führungsstange (20) ist selbst in einem langgestreckten Hüllrohr (21) geführt. In diesem Hüllrohr (21) ist sie mit einer unten aus diesem austretenden Fahrrohr (22) gekuppelt. Das Fahrrohr (22) weist eine Entriegelungseinrichtung (23) auf und endet in einem Schneckengetriebe (24), das mit einem Elektromotor (25) versehen ist. Mit Hilfe dieses Elektromotors (25) können das Fahrrohr (22) und damit die Führungsstange (20), die Stützplatte (18), der untere Absorbermantel (16) und der Berylliumstab (19) aus der gezeigten Stellung abgesenkt und danach auch wieder hochgefahren werden.

Der obere Absorbermantel (17) ruht auf insgesamt drei Führungsstangen, von denen hier nur die zwei Führungsstangen (26, 27) gezeigt sind. Die rechte Führungsstange (27) ist zudem in Umfangrichtung um 30° versetzt gezeichnet. Die Führungsstangen (26, 27) gehen - wie in Fig. 2 noch näher zu sehen ist - durch den unteren Absorbermantel (16) hindurch. Nach unten hin tauchen auch sie in Hüllrohre (28, 29) ein, wo sie geführt werden und mit Fahrrohren (30, 31) gekuppelt sind, die nach unten aus den Hüllrohren (28, 29) herausragen und in mit Elektromotoren (32, 33) versehenen Schneckengetrieben (34, 35) enden. Diese Fahrrohre (30, 31) weisen Schnellabschalteinrichtungen (36, 37) auf, deren näherer Aufbau sich aus der Fig. 4 ergibt.

Die Elektromotoren (25, 32, 33) und die Schneckengetriebe (24, 34, 35) sitzen auf einem Gestell (38), das auch den unteren, gebogenen Teil des Kernkamins (8) abstützt. Die Hüllrohre (21, 28, 29) sind im oberen Bereich über einen Tragsteg (39) an der Innenseite des Kernkamins (8) befestigt und sitzen im unteren Bereich in einem Rohransatz (40). Dort sind sie außen und innen abgedichtet, so daß das Primärkühlmittel nicht austreten kann.

Der in Fig. 2 dargestellte Teilquerschnitt durch den Kernkamin (8) liegt in der Mitte des unteren Brennelementes (12). Das Brennelement (12) ist aus einer Vielzahl von evolventenförmig gekrümmten Brennstoffplatten (41) aufgebaut, von denen hier beispielhaft nur drei Brennstoffplatten (41) gezeigt sind. Sie sind im Abstand zueinander angeordnet und innenseitig an einem Innenkammring (42) und außenseitig an einem Außenkammring (43) gehalten.

An der Innenseite des Innenkammrings (42) ist das Absorberführungsrohr (15) angeordnet. Es führt den unteren Absorbermantel (16), der in drei Absorbersegmente (44, 45, 46) aufgeteilt ist. Zwischen den Absorbersegmenten (44, 45, 46) sind die drei Führungsstangen (26, 27) für den oberen Absorbermantel (17) hindurchgeführt, der ebenfalls in drei Absorbersegmente aufgeteilt ist, wobei jedem Absorbersegment eine Führungsstange (26, 27, 47) zugeordnet ist. Auf diese Weise lassen sich die Absorbersegmente des oberen Absorbermantels (17) auch unabhängig voneinander vertikal verfahren. Die Führungsstangen (26, 27, 47) werden beidseitig von an dem Absorberführungsrohr (15) befestigten Positionierstegen - beispielhaft mit (48) bezeichnet - geführt. Diese liegen innenseitig auch in Ausnehmungen des Berylliumstabes (19) an und dienen damit auch dessen Führung.

Durch Teilschnittdarstellungen sind auch die Hüllrohre (21, 28, 29, 49) sowie die Tragstege (39) sichtbar gemacht. Zu erkennen ist auch die Führungsstange (20) für den unteren Absorbermantel (16).

Das über den Kernkamin (8) herangeführte Primärkühlmittel durchströmt sowohl die Zwischenräume zwischen den einzelnen Brennstoffplatten (41) als auch die Spalte im Bereich der Absorbermäntel (16, 17). Auf Grund des Berylliumstabes (19) wird das Volumen des Primärkühlmittels innerhalb des Absorberführungsrohrs (15) so gering gehalten, daß seine Neutronenabsorptionswirkung entsprechend klein ist.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Darstellung gemäß Fig. 1, und zwar im Bereich der Durchführung des Kernkamins (8) durch den Boden des Reflektortanks (2). Zu sehen sind die Hüllrohre (21, 28, 29), letzteres um 30° Umfangsrichtung versetzt, während das weitere Hüllrohr (49) weggelassen ist. Das mittlere Hüllrohr (21) und das versetzte Hüllrohr (29) sind vertikal geschnitten dargestellt.

In das mittlere Hüllrohr (21) ragt von oben die Führungsstange (20) in das obere Ende des Fahrrohrs (22) hinein. Dort ist eine Kupplung (50) vorgesehen, die wie folgt aufgebaut ist.

Die Führungsstange (20) weist kurz vor ihrem unteren Ende eine umlaufende Kupplungsnut (51) auf. In gekuppelter Stellung liegt diese Kupplungsnut (51) zwei Löchern (52, 53) in dem Fahrrohr (22) gegenüber, in denen Kupplungskugeln (54, 55) gehalten sind. Innerhalb des Fahrrohrs (22) ist eine Kupplungsstange (56) geführt, deren oberes Ende zu einer Kupplungshülse (57) aufgeweitet ist, die über Schlitze (58, 59) in dem Fahrrohr (22) nach außen geführt ist. Im unteren Bereich hat die Kupplungshülse (57) einen Abstand zur Außenseite des Fahrrohrs (22), während sie im oberen Bereich nach innen verdickt ist. An der Stirnseite der Kupplungshülse (57) liegt eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder (60) an, die sich obenseitig an einem auf das Fahrrohr (22) aufgeschraubten Bund (61) abstützt. Die Kupplungsstange (56) ist somit nach unten gewichts- und federbelastet.

In der gezeigten Kupplungsstellung sind die Kupplungskugeln (54, 55) in ihren Löchern (52, 53) durch den verdickten Bereich der Kupplungshülse (57) so weit nach innen gedrückt, daß sie in die Kupplungsnut (51) einfassen. Auf diese Weise ist eine Verbindung zwischen Führungsstange (20) und Fahrrohr (22) hergestellt. Die Kupplungsstange (56) wird dabei in dieser Stellung von der Entriegelungseinrichtung (23) gehalten. Soll die Verbindung zwischen Führungsstange (20) und Fahrrohr (22) gelöst werden, beispielsweise um den Berylliumstab (19) mit dem unteren Absorbermantel (16) nach oben herauszuziehen, wird die Entriegelungseinrichtung (23) erregt, wodurch die Kupplungsstange (56) so weit angehoben wird, daß ihr unterer, nicht verdickter Abschnitt in den Bereich der Kupplungskugeln (54, 55) gelangt. Die Kupplungskugeln (54, 55) haben dann einen so großen Freiraum, daß sie sich aus der Kupplungsnut (51) herausbewegen können, wenn die Führungsstange (20) nach oben bewegt wird. Soll letztere wieder mit dem Fahrrohr (22) verbunden werden, so spielt sich der Vorgang umgekehrt ab.

Auch zwischen der Führungsstange (27) und dem Fahrrohr (31) ist eine Kupplung (62) vorgesehen, deren Aufbau jedoch von der Kupplung (50) abweicht. In diesem Fall ist die Führungsstange (27) an ihrem unteren Ende als Führungsrohr (63) ausgebildet, das oben geschlossen ist und das obere Ende des Fahrrohrs (31) aufnimmt. Das Fahrrohr (31) weist Löcher (64, 65) auf, in denen Kupplungskugeln (66, 67) sitzen. In Kupplungsstellungfassen die Kupplungskugeln (66, 67) in Ausnehmungen (68, 69) an der Innenwandung des Führungsrohrs (63) ein. Sie werden in dieser Stellung durch eine Kupplungsstange (70) gehalten, die auf Grund der aktivierten Schnellabschalteinrichtung (37) hochgedrückt wird, so daß ein kegelförmiger Bereich (71) der Kupplungsstange (70) die Kupplungskugeln (66, 67) nach außen drückt.

Soll die Verbindung zwischen Führungsstange (27) und Fahrrohr (30) gelöst werden, beispielsweise bei einer Demontage des betreffenden Absorbersegments des oberen Absorbermantels (17) oder bei einer Schnellabschaltung, wird die Schnellabschalteinrichtung (27) desaktiviert, so daß die Kupplungsstange (70) so weit nach unten fällt, daß deren Einschnürung (72) gegenüber den Kupplungskugeln (66, 67) zu liegen kommt. Diese können dann aus den Ausnehmungen (68, 69) nach innen ausweichen, wodurch die Verbindung gelöst ist.

Das Führungsrohr (63) ist außenseitig von dem unteren Ende eines Anschlagrohrs (73) umgeben. Das Anschlagrohr reicht über das untere Ende des Führungsrohrs (63) hinaus und weist dort eine nach innen gehende Verdickung auf, die den Anschlag (74) für das Führungsrohr (63) bildet. In der gezeigten Stellung sitzt das Führungsrohr (63) auf dem Anschlag (74) auf, weil der obere Absorbermantel (17) den noch zulässigen Minimalabstand zu dem unteren Absorbermantel (16) hat. Das Anschlagrohr (73) ist über eine Traverse (75) mit dem Fahrrohr (22) im mittleren Hüllrohr (21) starr verbunden. Hierzu weisen beide Hüllrohre (21, 29) Schlitze (76, 77) auf, deren Länge dem Bewegungsbereich des Fahrrohrs (22) und damit in etwa der halben Höhe der Brennstoffzone (14) entspricht.

Von dem Fahrrohr (22) geht zu dem den in dieser Ansicht linken Hüllrohr (28) ebenfalls eine Traverse (78), da innerhalb dieses Hüllrohrs (28) die gleiche Anordnung getroffen ist wie in dem Hüllrohr (29). Entsprechendes gilt für das hier nicht dargestellte, dritte Hüllrohr (49) für den oberen Absorbermantel (17).

In Fig. 4 ist in einem Vertikalschnitt die Schnellabschalteinrichtung (37) näher dargestellt. Ihr Außengehäuse (79) ist Teil des Fahrrohrs (31). Von oben ragt in das Außengehäuse (79) das untere Ende der Kupplungsstange (70) hinein, die in einem Magnetteller (80) endet. Unterhalb einer Führungshülse (81) ist die Kupplungsstange (70) von einem Elektromagneten (82) umgeben. Der Magnetteller (80) wird über eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder (83) nach unten gedrückt, wobei sich die Druckfeder (83) obenseitig an einem mit der Führungshülse (81) verbundenen Druckring (84) abstützt. Untenseitig sitzt der Magnetteller (80) auf einem beweglich gelagerten Stützring (85) auf, der über eine ebenfalls als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder (86) abgefedert ist.

In der gezeigten Stellung ist der Elektromagnet (82) desaktiviert. Dies bedeutet, daß sich das in Fig. 3 dargestellte obere Ende der Kupplungsstange (70) in einer Stellung befinden würde, bei der die Einschnürung (72) gegenüber den Kupplungskugeln (66, 67) liegt. Fahrrohr (31) und Führungsstange (27) sind also voneinander gelöst. Zur Kupplung dieser beiden Elemente wird der Elektromagnet (82) durch Zuschaltung erregt, wodurch die Kupplungsstange (70) gegen die Wirkung der Druckfeder (83) zum Elektromagneten (82) hin angehoben wird. Das obere Ende der Kupplungsstange (70) nimmt dann die in Fig. 3 gezeigte Stellung ein. Führungsstange (27) und Fahrrohr (31) sind dann miteinander gekuppelt. Bei einer Desaktivierung des Elektromagneten (82) infolge Abschaltung, Schnellabschaltungen oder auch Stromausfall fällt die Kupplungsstange (70) wieder in die gezeigte Stellung zurück, und zwar auf Grund ihres Eigengewichts und unterstützt durch die Druckfeder (83), wobei sie durch den gefederten Stützring (85) aufgefangen wird.

Die beiden übrigen Fahrrohre (30) weisen identische Schnellabschalteinrichtungen (36) auf. Auch die Entriegelungseinrichtung (23) des mittleren Fahrrohrs (22) ist gleich ausgebildet, nur daß die Verbindung zwischen Fahrrohr (22) und Führungsstange (20) - wie oben beschrieben - bei aktiviertem Elektromagneten und damit angehobener Kupplungsstange (56) gelöst und bei desaktiviertem Elektromagneten und damit abgesenkter Kupplungsstange (56) geschlossen ist.

Der dargestellte Schwimmbadreaktor (1) arbeitet wie folgt.

Vor dem Anfahren des Schwimmbadreaktors (1) stehen beide Absorbermäntel (16, 17) auf Minimalabstand, wobei ihre aufeinandergerichteten Stirnseiten symmetrisch zur Mittelebene der Brennstoffzone (14) liegen. Anschließend werden die beiden Absorbermäntel (16, 17) gegenläufig und synchron zur Mittelebene auseinandergefahren, bis der Multiplikationsfaktor k _eff nahe an 1 liegt. Danach wird auf eine Feinregulierung übergegangen, bei der jeweils eines der drei Absorbersegmente des oberen Absorbermantels (17) um einen bestimmten Betrag nach oben und der untere Absorbermantel (16) im Verhältnis 1/3 nach unten gefahren werden. Sobald das jeweils nach oben fahrende Absorbersegment des oberen Absorbermantels (17) eine festgelegte Abweichung erreicht hat, wird auf das jeweils benachbarte Absorbersegment umgeschaltet. Hierdurch wird bei guter Abstimmungsgenauigkeit eine mittelgleichmäßige Ausfahrt aller Absorbersegmente (44, 45, 46) erreicht, sowohl was die Absorbersegmente des oberen Absorbermantels (17) als auch die des unteren Absorbermantels (16) betrifft. Die gegenüber der Brennstoffzone (14) um 50% größere Länge des Berylliumstabes (19) hat zur Folge, daß dieser auch dann den Innenraum in der Brennstoffzone (14) ausfüllt, wenn der untere Absorbermantel (16) ganz aus der Brennstoffzone (14) herausgefahren ist.

Mit dem Auseinanderfahren der Absorbermäntel (16, 17) werden auch sämtliche Anschlagrohre (73) nach unten gefahren, während die Führungsstangen (26, 27, 47) in den Hüllrohren (28, 29, 49) nach oben fahren. Dabei entspricht der Abstand zwischen den Anschlägen (74) und den unteren Enden der zu Führungsrohren (63) ausgebildeten Führungsstangen (26, 27, 47) dem Weg, den beide Absorbermäntel (16, 17) jeweils zurückgelegt haben, also dem jeweiligen Abstand abzüglich des Minimalabstandes.

Bei einer Schnellabschaltung werden die Elektromagnete (82) in sämtlichen Schnellabschalteinrichtungen (36, 37) entregt, d. h. desaktiviert. Dies hat zur Folge, daß die Kupplungsstangen (70) in den betreffenden Fahrrohren (30, 31) nach unten fallen, so daß die Kupplungskugeln (66, 67) nach innen ausweichen können. Die Führungsstangen (26, 27, 47) für die Absorbersegmente des oberen Absorbermantels (17) haben dann keinen Halt mehr und fallen mit diesen nach unten. Diese Bewegung geschieht unterstützt durch die Druckfeder (83) hydraulisch gedämpft. Im Inneren der Führungsrohre (63) muß nämlich das dort eingeschlossene Wasservolumen verdrängt werden. Hierzu weisen die Führungsrohre (63) und auch das Anschlagrohr (73) radiale, in Fig. 3 nicht näher dargestellte Dämpfungslöcher auf, über die das verdrängte Wasser in das Füllrohr (29) entweichen kann. Durch Anzahl und Durchmesser dieser Dämpfungslöcher kann die Fallgeschwindigkeit des oberen Absorbermantels (17) auf ein gewünschtes Maß eingestellt werden.

Statt der Druckfeder (83) können auch eine Pneumatic- oder andere Hilfseinrichtungen vorgesehen werden, die die Abschaltung beschleunigen und auf diese Weise die Totzeit minimieren.

Die Führungsrohre (63) setzen schließlich auf den Anschlägen (74) auf. Hierdurch wird verhindert, daß der obere Absorbermantel (17) auf den unteren Absorbermantel (16) aufprallt. Beide nehmen dann wieder den ursprünglichen Minimalabstand ein. Wenn der untere Absorbermantel (16) bei der Schnellabschaltung noch nicht voll aus der Brennstoffzone (14) ausgefahren ist, können jetzt beide Absorbermäntel (16, 17) mit Hilfe der Elektromotoren (25, 32, 33) nach unten verfahren werden. Da der obere Absorbermantel (17) eine der Brennstoffzone (14) entsprechende Höhe hat, wird die Brennstoffzone (14) auch dann voll abgeschattet, wenn sich der untere Absorbermantel (16) gerade in der voll nach unten ausgefahrenen Stellung befindet.

Es besteht jetzt auch die Möglichkeit, beide Absorbermäntel (16, 17) gemeinsam in die Anfahrposition nach oben zu fahren, ohne daß dies Einfluß auf die Abschattung hat.

Claims

1. Schwimmbadkernreaktor mit folgenden Merkmalen:

(a) der Schwimmbadkernreaktor hat einen Reaktortank;
(b) im Reaktortank ist zumindest ein Kernkamin angeordnet;
(c) der Kernkamin weist eine Kühlmittelführung mit Anschlüssen für eine Kühlmittelzufuhr und -abfuhr auf;
(d) in dem Kernkamin ist eine Brennstoffzone vorgesehen;
(e) in der Brennstoffzone ist zumindest ein Brennelement mit brennstofffreiem Zentralkanal angeordnet;
(f) es ist eine Absorbereinrichtung vorgesehen;
(g) die Absorbereinrichtung ist über Antriebsstränge mit zumindest einem Absorberantrieb zu dessen vertikaler Bewegung zwecks Steuerung der Reaktorleistung verbunden;

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

(h) die Absorbereinrichtung weist zwei Absorbereinheiten (16, 17) auf;
(i) die Absorbereinheiten (16, 17) sind über den Absorberantrieb (25, 32, 33) gegenläufig und symmetrisch zum Mittelpunkt der Brennstoffzone (14) auseinander- und zusammenfahrbar;
(j) die obere Absorbereinheit (17) ist zumindest so hoch wie die Brennstoffzone (14);
(k) die untere Absorbereinheit (16) ist zumindest halb so hoch wie die Brennstoffzone (14);
(l) die obere Absorbereinheit (17) ist zumindest mit einer Schnellabschalteinrichtung (36, 37) zum vollständigen Einfahren der Absorbereinheit (17) in die Brennstoffzone (14) ausgebildet;
(m) der Zentralkanal ist von einem Füllmedium (19) zumindest im Bereich der Brennstoffzone (14) ausgefüllt, das eine im Vergleich zum Material der Absorbereinheiten (16, 17) geringere Neutronenabsorption hat.

2. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelement aus zwei gleich ausgebildeten, übereinander angeordneten Brennelementabschnitten (12, 13) besteht.

3. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmedium aus einem in einem Behälter eingeschlossenen Gas, insbesondere Luft oder Helium, aus in einem Behälter eingeschlossenem schweren Wasser oder Graphit oder aus Beryllium (19) besteht.

4. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmedium (19) mit der unteren Absorbereinheit (16) verbunden ist und zumindest 1,5mal so hoch wie die Brennstoffzone (14) ist.

5. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorbereinheiten als an der Innenseite des Brennelements bzw. der Brennelementabschnitte (12, 13) angeordnete Absorbermäntel (16, 17) ausgebildet sind, in deren Innerem das Füllmedium (19) angeordnet ist.

6. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Absorbermäntel (16, 17) vertikal in wenigstens zwei Absorbersegmente (44, 45, 46) aufgeteilt ist, wobei die Absorbersegmente des oberen Absorbermantels (17) mit eigenen Antriebssträngen (26, 27, 47; 30, 31) verbunden sind.

7. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antriebsstrang der oberen Absorbereinheit (17) in einen absorberseitigen Führungsstrang (26, 27, 47) und einen antriebsseitigen Fahrstrang (30, 31) aufgeteilt ist und daß jeweils Führungsstrang (26, 27, 47) und Fahrstrang (30, 31) mit einer Kupplung (62) verbunden sind, die über die Schnellabschalteinrichtung(en) (36, 37) lösbar sind.

8. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (62) jeweils aus Ausnehmungen (64, 65, 68, 69) in sich überlappenden Abschnitten von Führungs- und Fahrstrang (26, 27, 47; 30, 31) und darin einfassenden Kupplungselementen (66, 67) sowie aus einer mit der Schnellabschalteinrichtung (36, 37) verbundenen Kupplungsstange (70) zur Führung der Kupplungselemente (66, 67) bestehen.

9. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente (66, 67) querverschieblich gehalten sind und an der Kupplungsstange (70) anliegen und daß die Kupplungsstange (70) Ausnehmungen (72) aufweist, die den Kupplungselementen (66, 67) in der Lösestellung der Kupplungsstange (70) gegenüberstehen und in die die Kupplungselemente (66, 67) aus den Ausnehmungen (64, 65, 68, 69) in zumindest einer der zu kuppelnden Stränge (26, 27, 47; 30, 31) zurückspringen.

10. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente als Kupplungskugeln (66, 67) ausgebildet sind.

11. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstränge (26, 28, 47) jeweils mit einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung versehen sind.

12. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstränge (26, 27, 47) an ihren antriebsseitigen Enden als Führungsrohre (63) ausgebildet sind, in die die antriebsfernen Enden der Fahrstränge (30, 31) hineinragen, und daß in diesem Bereich eine Dämpfflüssigkeit vorgesehen ist.

13. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das Führungsrohr (63) den Fahrstrang (30, 31) eng umschließt und Dämpfungsöffnungen aufweist.

14. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß für die obere Absorbereinheit (17) Anschläge (74) vorgesehen sind, die sich mit der unteren Absorbereinheit (16) mitbewegen.

15. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (74) im Bereich der antriebsseitigen Enden der Führungsstränge (26, 27, 47) vorgesehen sind, wobei die Anschläge (74) mit dem Antriebsstrang (20) der unteren Absorbereinheit (16) verbunden sind.

16. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstrang (20) der unteren Absorbereinheit (16) über Quertraversen (75, 78) mit Anschlagrohren (73) verbunden ist, die den Kupplungsbereich der Antriebsstränge (26, 27, 47; 30, 31) der oberen Absorbereinheit (17) umschließen und innenseitig Anschläge (74) für die Führungsstränge (26, 27, 47) aufweisen.

17. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagrohre (73) die Führungsrohre (63) eng umschließen und ebenfalls Dämpfungsöffnungen aufweisen.

18. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellabschalteinrichtung (bzw. -einrichtungen) (36, 37) einen im Normalbetrieb aktivierten Elektromagneten (32) aufweist bzw. aufweisen.

19. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstränge (20, 22, 26, 27, 30, 31, 47) und die Absorberantriebe (25, 32, 33) unterhalb des Kernkamins (8) angeordnet sind.