DE3824251A1

DE3824251A1 - Reaktorkern mit steuerelementen

Info

Publication number: DE3824251A1
Application number: DE3824251A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr Rer Nat Steinert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-07-13
Filing date: 1988-07-13
Publication date: 1990-01-18

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Kernreaktorbaus und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung der Steuereinrichtung zur Steuerung der Reaktivität eines Reaktors anzuwenden.

Zur Verbesserung der Ausnutzung des Kernbrennstoffes beim Be trieb von Druckwasserreaktoren ist es bekannt, die Reaktivität des Reaktors nicht nur wie bisher durch parasitäre Neutronen absorption zu steuern, sondern auch durch Verschieben des Neu tronenspektrums in den Resonanzenergiebereich für den Neutronen fang im Brutstoff. Hierbei werden wegzuregelnde Neutronen nutz bringend im Brutstoff absorbiert, wobei sie weiteren Spalt stoff erzeugen. Bei dieser Art der Steuerung wird am Anfgang des Brennstoffzyklus ein hartes Neutronenspektrum angestrebt und Spaltstoff erbrütet. In der zweiten Phase des Zyklus wird ein weicheres Neutronenspektrum eingestellt, wodurch Reaktivi tät gewonnen wird. Der erbrütete Spaltstoff wird nun "in situ" verbrannt, was zu einer besseren Ausnutzung des Brennstoffes führt.

Der Einfang der wegzuregelnden Neutronen im Brutstoff kann z. B. dadurch erreicht werden, daß zusätzlich zu den regulä ren Absorberfingern, die über eine spinnenartige Halterung einer axial bewegbaren Antriebsstange zugeordnet sind, Wasser verdrängungsstäbe in den Moderatorraum eingeführt werden (EP-Bl-00 54 789). Dies hat allerdings den Nachteil, daß zur Unterbringung der Wasserverdrängungsstäbe Brennstabpositionen ausgespart werden müssen, wodurch sich der Reaktorkern und der Druckbehälter vergrößern. Ferner führt die Nachbarschaft von gezogenen Wasserverdrängungsstäben und eingeführten Absorber fingern zu einer Verungleichmäßigung des Neutronenflusses, wodurch auch die Wärmeentwicklung in den Brennelementen sehr unsymmetrisch werden kann. Darüber hinaus vergrößert sich im gleichen Maße die Anzahl der Stabantriebe.

Ausgehend von einem Reaktorkern mit den Merkmalen des Ober begriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Steuereinrichtung so auszugestalten, daß bei Verwendung zusätzlicher Wasserverdrängungselemente ohne wesentliche Vergrößerung des Reaktorkernes ein gleichmäßiger Neutronenfluß gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die zusätzlichen Wasserverdrängungselemente als Hülsen aus gebildet sind, daß jeder Absorberfinger von einer Wasserver drängungshülse umgeben ist, die teleskopartig auf dem Absorber finger verschiebbar ist, und daß jeder Absorberfinger an seinem unteren Ende mit einem Mitnehmer versehen ist, der einem am oberen Ende der Wasserverdrängungshülse angeordneten Anschlag zugeordnet ist.

Bei einer derartigen Ausgestaltung und Zuordnung von Absorber finger und Wasserverdrängungselement verbleibt beim Ausfahren eines Absorberfingers die jeweilige Wasserverdrängungshülse aufgrund ihrer Schwerkraft zunächst im Reaktorkern. Beim weiteren Ausfahren des Absorberfingers nimmt der Absorberfinger aufgrund eines Eingriffes von Mitnehmer des Absorberfingers und Anschlag der Wasserverdrängungshülse, beispielsweise in Form eines bundartigen Mitnehmers und eines nach innen gerichteten Kragens, die Wasserverdrängungshülse mit, wodurch die Moderation erhöht wird. - Bei einer derartigen Ausgestaltung der Steuerein richtung bleiben die Anzahl der Steuerelemente und der Steuerele mentantriebe gleich und damit auch die Anzahl der Durchbrüche im Deckel des Raktordruckbehälters.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinheit erfordert ledig lich, daß der Durchmesser der bisherigen Führungsrohre für die Absorberfinger vergrößert wird, um zusätzlich die Wasserver drängungshülsen aufzunehmen. Dies hat zwar ebenfalls eine Ver größerung des Reaktorkernes zur Folge, diese fällt aber wesent lich kleiner aus als bei der Nebeneinanderanordnung von Absor berfingern und Wasserverdrängungsstäben.

Die im Rahmen der Erfindung verwendeten Wasserverdrängungshülsen bestehen zweckmäßig aus Zirkonoxid (ZrO₂) und sind mit einer Schicht aus Zircalloy umhüllt.

Bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Steuereinheit mit kombinierten Steuerelementen sind auch die Wasserverdrängungs hülsen, falls erwünscht, schrittweise verstellbar. Damit ergibt sich auch die Möglichkeit, die Wasserverdrängungshülsen bei voll ausgefahrenen Absorberfingern zur sogenannten L-Bank-Regelung, wie sie beispielsweise zur Einleitung von Leistungsänderungen vorgenommen wird, einzusetzen, wenn die Wasserverdrängungshül sen zu diesem Zweck an ihrem unteren Ende auf einer Länge von etwa 20 bis 30 cm einen Neutronenabsorber tragen.

Ein Ausführungsbeispiel für gemäß der Erfindung ausgebildete Steuerelemente ist in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt und Fig. 2 eine Draufsicht einer Anordnung mehrerer Steuerelemente und Fig. 3 ein Detail bezüglich der Zuordnung von Absorberfinger und Wasserver drängungshülse.

Gemäß Fig. 1 und 2 sind eine Vielzahl von Absorberfingern 1 an einer als Spinne bezeichneten gemeinsamen Halterung 2 be festigt. Die Spinne 2 weist ein Kupplungsstück 3 zum Ankoppeln einer Antriebsstange mit dem zugehörigen Steuerantrieb auf. Gemäß Fig. 2 ist jeder Absorberfinger 1 von einer Wasser verdrängungshülse 4 umgeben, wie es in Fig. 1 für nur einen Absorberfinger schematisch dargestellt ist. Gemäß Fig. 3 ist jeder Absorberfinger an seinem unteren Ende mit einem bundar tigen Anschlag 6 versehen, der im ausgefahrenen Zustand des Ab sorberfingers mit einem nach innen gerichteten Kragen 5 am oberen Ende der Wasserverdrängungshülse 4 in Eingriff steht.

Claims

1. Reaktorkern für einen Druckwasserreaktor, mit ein- und ausfahrbaren Steuerelementen in Form von Absorberfingern und zusätzlichen Wasserverdrängungselementen, dadurch gekennzeichnet,
daß die zusätzlichen Wasserverdrängungselemente als Hülsen (4) ausgebildet sind,
daß jeder Absorberfinger (1) von einer Wasserverdrängungshülse (4) umgeben ist, die teleskopartig auf dem Absorberfinger (1) verschiebbar ist,
und daß jeder Absorberfinger (1) an seinem unteren Ende mit einem Mitnehmer (6) versehen ist, der einem am oberen Ende der zugehörigen Wasserverdrängungshülse angeordneten Anschlag (5) zugeordnet ist.

2. Reaktorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag aus einem nach innen gerichteten Kragen (5) besteht.

3. Reaktorkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserverdrängungs hülse (4) aus Zirkonoxid (ZrO₂) besteht und mit einer Schicht aus Zircalloy umgeben ist.

4. Reaktorkern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasser verdrängungshülse (4) an ihrem unteren Ende einen Neutronen absorber trägt.