DE3733790A1

DE3733790A1 - Pneumatische sicherung gegen ueberhitzung von kernreaktoren

Info

Publication number: DE3733790A1
Application number: DE19873733790
Authority: DE
Inventors: Heinrich Prof Dr Dr Hora; George H Prof Dr Miley; Wilm Mirbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-06
Filing date: 1987-10-06
Publication date: 1989-04-20

Description

Ein Kernreaktor auf der Grundlage der Spaltung schwerer Atomkerne wird immer, auch im kompakten Impulsbetrieb in einem relativ langsam steuerbaren ther mischen Gleichgewicht gehalten. Beim Übergang vom (nicht exothermen) unter kritischen Zustand in den kritischen Zustand wird ein Überhitzen des Reaktors, außer mit regeltechnischer Wärmeabfuhr durch Kühlung als Nutzwärme für die Wärmekraftmaschine oder Heizung auch durch Moderatorstäbe verhindert.

Als Moderatorstäbe werden meistens reinstes Graphit verwendet, die hermetisch in z. B. sechskantige Hüllen aus hochwarmfesten Materialien per Elektronen strahlschweißung eingearbeitet sind. Da das Einschieben der Stäbe mit fern bedienten Motoren relativ langsam erfolgt, werden die langsam veränderlichen Gleichgewichtsbedingungen gerade erfüllt. Für die Geschwindigkeit des Ein- oder Ausfahrens der Stäbe sind selbstverständlich weite Spielräume für die Sicherheit vorgesehen sowie bezüglich mechanischer Hemmungen oder Verklemmungen der Stäbe, so daß ein größter annehmbarer Unfall (GAU) äußerst klein gehalten wird.

Schwierigkeiten entstehen aber besonders dann, wenn - wie in Tschernobyl 1986 - für waffentechnische Experimente viele Sicherheitsvorrichtungen mit Absicht ausgeschaltet werden und dann für die Moderierung der Überhitzung plötzlich nicht genügend viele Stäbe bereitliegen. Auch das bekannte "Three- Mile-Island"-Reaktorunglück hätte durch eine bessere Moderierung verhindert werden können.

Erfindungsgemäß wird nun zur absoluten Verhinderung irgendeines Reaktorun falls durch Überhitzen von Reaktoren aller bisherigen Gleichgewichts- oder quasi-Gleichgewichtskonstruktionen eine pneumatische Sicherung eingeführt, wie in Abb. 1 an einem Beispiel erläutert wird. An einem Reaktor 1 mit den für Moderatorstäben vorgesehenen Hohlräumen (Moderatorgeometrie) 1 a wird ein Gefäß 2 oder werden mehrere Gefäße fest durch Verschraubung und Ab dichtung aufgesetzt. Das Material von 2 ist z. B. ein durchfestes hochwarm festes Metall, z. B. Zirkon, und enthält ein für den Reaktor spezifisch mo derierendes Gas, z. B. sehr reines Kohlenmonoxyd von hohem Druck, z. B. weit über 30 Atmosphären. Das Gefäß 2 ist nach der Moderatoröffnung 1 a durch ein hoch-druckfestes Material 4 abgeschlossen, das jedoch eine niedrigere Schmelz temperatur T _s hat als das Material 2. T _s ist abgestimmt auf die gewünschte Temperatur, die der Reaktor nie überschreiten darf, z. B. 800°C. Der Druck in 3 und das Volumen 2 ist auf das Volumen 1 a abgestimmt, derart daß das Gas 3 nach Schmelzen von 4 etwa mit Schallgeschwindigkeit in das Volumen 1 a von etwa Atmosphärendruck expandiert und dort eine gewünschte Moderatorwir kung bis in den unterkritischen Zustand erzeugt.

Anstelle oder außer der Schmelzwirkung von 4 kann ein aktives Öffnen von 4 bewirkt werden durch Schmelzen des Materials von 4 durch elektrischen Durchschlag, intensiven Teilchen- oder Laserstrahlbeschuß oder durch geeig nete Explosivstoffe, wobei die aktive Auslösung von außen in üblicher Weise gesteuert wird. Die Verwendung eines üblichen Ventils ist wohl möglich, sollte aber nur in besonderen Fällen verwendet werden, damit das selbsttätige Wirken der Sicherung nicht von außen vermieden werden kann.

Für Reaktoren wird man eine Mehrfachsicherung an Moderatorhohlräumen anbringen, um in Zukunft einen Reaktorunfall durch Überhitzen gänzlich auszuschließen. Neue Reaktoren werden eine entsprechende Konstruktion der Sicherung mit der Geometrie und Arbeitsweise des Reaktors erfahren, aber auch alle bestehenden Reaktoren können durch einen nachträglichen Einbau der Sicherung durch Auf setzen entsprechender Gefäße der Art 2 von Abb. 1 die genannte völlige Absicherung gegen Überhitzungs-unfälle erfahren.

Für neue Reaktoren wird für die Geometrie des Moderatorraumes ein viel allgemeineres Volumen als das eines bisher üblichen abgeschlossenen zy lindrischen Raumes verwendet, z. B. eine Verzweigung von Hohlräumen um Bereiche räumlich veränderter Aktivität, insbesondere für gepulste Reak toren bei der Verwendung von kernreaktorgepumpten <OOMJ-Lasern von etwa Mikrosekunde Pulsdauer.

Claims

1. Verfahren und Vorrichtung Sicherung gegen Überhitzen eines Kernreaktors auf der Basis der Spaltung schwerer Atomkerne mit Moderatorgeometrie, gekennzeichnet dadurch, daß anstelle der Moderatorstäbe ein Moderatorgas verwendet wird, das mit Überdruck in die für Moderation vorgesehenen Hohlräume einströmt, wenn eine Grenztemperatur, gekennzeichnet durch T _s, des Reaktors überschritten wird.

2. Vorrichtung und Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Moderator gas in einem Behälter aufbewahrt wird, der hermetisch abgeschlossen mit dem Moderatorhohlraum des Reaktors verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnung zwischen dem Behälter des Moderatorgases und dem Volumen der Moderatorgeometrie im Reaktor mit einem Material abgedichtet ist, das bei der Temperatur T _s schmilzt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß ein aktives Öffnen der Dichtung zwischen dem Moderatorgas und der Mode ratorgeometrie des Reaktors durch chemische Explosion, elektrischen Durchschlag, Teilchen- oder Laserstrahl oder ein konventionelles Ventil oder Kombinationen davon bewirkt werden kann.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Moderatorgeometrie des Reaktors ein verzweigter Raum ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Moderatorgas ein Neutronenabsorber verwendet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß als Moderatorgas Kohlenmonoxyd, Cyanin, oder Azethylen verwendet wird.