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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung
bei der passiven Kühlung von Flüssigmetall-gekühlten
Kernreaktoren mit einem Pool aus Flüssigmetall-Kühlmittel,
wobei der Wärme erzeugende spaltbares Brennmaterial
enthaltende Kern im wesentlichen in den Flüssigmetallpool
eingetraucht ist, wie das System, das in EPA-0118016 offenbart
ist, das der US-A- 4 508 677, erteilt am 2. April 1985,
entspricht.
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Im Betrieb von Kernreaktoren, die durch flüssiges
Natrium- oder Natrium-Kaliummetall gekühlt sind, zur
Leistungserzeugung kann es notwendig sein, die Spaltreaktion
des Brennstoffes abzuschalten, um Notfallsituationen zu
bearbeiten oder Wartungsarbeiten auszuführen. Eine
Reaktorabschaltung wird dadurch herbeigeführt, daß
Neutronen-absorbierende Steuerstäbe in den Kern des spaltbaren
Brennstoffes eingesetzt werden, um dem Brennstoff die
erforderlichen, die Spaltung erzeugenden Neutronen zu entziehen.
Jedoch setzt sich der Zerfall des Brennstoffes in dem
abgeschalteten Reaktor fort, um Wärme in signifikanten Mengen
zu erzeugen, die von der Reaktoreinheit abgeführt werden
muß.
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Die Wärmekapazität des Flüssigmetall-Kühlmittels
und die benachbarte Struktur unterstützen die Abfuhr der
Restwärme. Es kann jedoch sein, daß die strukturellen
Materialien des Kernreaktors nicht in der Lage sind,
verlängerten hohen Temperaturen sicher zu widerstehen.
Beispielsweise kann sich der Beton der Wände des typischen
Gehäusebunkers ausdehnen und reißen, wenn er hohen
Temperaturen ausgesetzt ist. Dementsprechend werden häufig
Hilfskühlsysteme verwendet, um während des Abschaltens Wärme von
der Kernreaktorstruktur sicher abzuführen.
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Übliche Kernreaktoren haben eine Vielfalt von
komplizierten durch Energie angetriebene Kühlsysteme
verwendet, um Wärme von dem Reaktor abzuführen. In vielen
Situationen, die eine Abschaltung erfordern, macht die
Energieversorgung für die Kühlsysteme die Kühlsysteme selbst zum
Gegenstand des Versagens. Beispielsweise können Pumpen und
Ventilationssysteme zum Kühlen des Kerns ausfallen.
Weiterhin gibt es, wenn eine Intervention des Operators
erforderlich ist, vorhersehbare Szenarios, in denen der Operator
nicht in der Lage sein würde, für die entsprechende Aktion
zu sorgen. Das sicherste und wünschenswerteste Kühlsystem
würde ein vollständig passives System sein, das
kontinuierlich die Restwärme abführen könnte, die nach dem Abschalten
erzeugt wird.
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Flüssigmetall-gekühlte Reaktoren, wie
beispielsweise der modulare Typ, der in EP-A-0118016 offenbart ist
und Natrium oder Natrium-Kalium als Kühlmittel verwendet,
sorgt für zahlreiche Vorteile. Wassergekühlte Reaktoren
arbeiten an oder nahe dem Siedepunkt von Wasser. Jeder
signifikante Anstieg in der Temperatur hat die Erzeugung von
Dampf und erhöhtem Druck zur Folge. Im Gegensatz dazu hat
Natrium oder Natrium-Kalium einen extrem hohen Siedepunkt,
etwa 980ºC (1800ºF) bei einem Druck von einer Atmosphäre.
Die normale Betriebstemperatur des Reaktors beträgt etwa
490ºC (900ºF). Aufgrund des hohen Siedepunktes des
flüssigen Metalls sind die Druckprobleme, die mit wassergekühlten
Reaktoren und dem darin erzeugten Dampf verbunden sind,
eliminiert. Die Wärmekapazität des
Flüssigmetall-Kühlmittels gestattet, daß das Kühlmittel mehrere 100 über die
normalen Betriebstemperaturen ohne Gefahr des strukturellen
Versagens in dem Reaktor erhitzt werden kann.
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Die Reaktorbehälter für poolartige,
Flüssigmetallgekühlte Reaktoren sind oben im wesentlichen offene
zylindrische Tanks ohne irgendwelche Durchlöcherungen, die die
Integrität der Behälterwände unterbrechen. Die Abdichtung
von Seiten- und Bodenwänden ist wesentlich, um die Leckage
von flüssigem Metall aus dem primären Behälter zu
verhindern. Die Behälteroberflächen müssen auch zugänglich sein
für die rigorosen Inspektionen, die durch
Sicherheitsüberlegungen gefordert werden.
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In dem typischen Natrium-gekühlten Reaktor werden
zwei Pegel der Natriumkreisschleifen verwendet. Gewöhnlich
werden eine einzelne Primärkreisschleife und zwei oder mehr
sekundäre Kreisschleifen benutzt. Die primäre Kreisschleife
enthält sehr radioaktives Natrium, das durch die spaltbaren
Brennstoff enthaltenden Stäbe erhitzt wird. Die primäre
Kreisschleife verläuft durch Wärmetauscher, um die Wärme
von dem Brennstoff mit einer der nicht-radioaktiven,
sekundären Natriumkreisschleifen auszutauschen. Im allgemeinen
sind Natrium-gekühlte Reaktoren so aufgebaut, daß sie
redundante sekundäre Kreisschleifen enthalten für den Fall
des Versagens von einer Kreisschleife.
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Bei Abschalten des Reaktors durch vollständiges
Einfahren der Steuerstäbe in den Kern des Brennstoffes wird
Restwärme weiterhin erzeugt und gemäß der Wärmekapazität
der Anlage abgeführt. Wenn angenommen wird, daß der Reaktor
für einen langen Zeitraum bei voller Leistung gearbeitet
hat, dann wird während der ersten Stunde nach der
Abschaltung weiterhin durchschnittlich etwa 2% der vollen
Leistung erzeugt. Die erzeugte Restwärme sinkt weiterhin
mit der Zeit ab.
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Diese Erfindung enthält eine Verbesserung in dem
passiven Kühlsystem zum Abführen von Abschalt-Abklingwärme
von einem Flüssigmetall-gekühlten Kernreaktor, wie er in
der US-A-4 678 626, erteilt am 2. Dezember 1985, offenbart
und beansprucht ist.
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Die offenbarten Inhalte der obengenannten US-A-
4508677 und US-A-4678626, die hiermit in Beziehung stehende
Hintergrundtechnik enthalten, werden durch diese Bezugnahme
in die vorliegende Offenbarung aufgenommen.
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Wie bereits ausgeführt wurde, ist es notwendig, für
Mittel zum Kühlen eines Kernreaktor-Brennstoffkerns für den
unwahrscheinlichen Fall von einem signifikanten
sequentiellen Bruch von sowohl den Reaktor- als auch den Containment-
Behältern zu sorgen, was die Unterbrechung des normalen
Betriebs der primären Kreisschleife des
Flüssigmetall-Kühlmittels durch den Brennstoffkern aufgrund seines Verlustes
wegen Leckage zur Folge hat. Eine im wesentlichen
kontinuierliche Kühlung des Brennstoffkerns ist notwendig, um die
Möglichkeit einer Kernüberhitzung und einer nachfolgenden
strukturellen Beschädigung zu verhindern. Diese Erfindung
enthält ein System von primären und sekundären
Wärmetauscher- und mit natürlicher Konvektion arbeitenden
Strömungspfaden des Flüssigmetall-Kühlmittels durch die
Reaktorkomponenten, die gemeinsam für eine effiziente
Brennstoffkern-Wärmeabfuhr sorgen, die die Möglichkeit der
Kernüberhitzung und des Strukturausfalles verkleinern.
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Ein bekanntes System zur Abfuhr von Wärme, das in
Flüssigmetall-gekühlten Kernreaktoren des Typs verwendet
wird, der in US-A-4508677 offenbart ist, ist vollständig
passiv und arbeitet kontinuierlich durch die Erscheinung
von natürlicher Konvektion in Strömungsmitteln, Leitung,
Konvektion und thermicher Strahlung. In diesem System wird
Wärme von dem Wärme erzeugenden Brennstoffkern des Reaktors
nach außen zu dem Reaktorbehälter durch natürliche
Konvektionsströmung des Flüssigmetall-Kühlmittels durch die
primäre Kühlkreisschleife transportiert. Die transportierte
Wärme wird ihrerseits nach außen durch die Wand des
Reaktorbehälters und weiter durch den mit Inertgas gefüllten
Raum zwischen den Reaktor- und Containment-Behältern im
wesentlichen durch den Mechanismus von thermischer Strahlung
geleitet. Wärme, die von der Containmentbehälterwand weg
nach außen transportiert wird, wird weiter in die umgebende
Atmosphäre abgegeben, teilweise durch natürliche Konvektion
an die auf natürliche Weise mitbewegte umgebende Luft und
teilweise durch thermische Strahlung.
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Das Reaktorbrennstoffkern-Kühlvermögen des obigen
Systems, wie beispielsweise in der US-A-4678626, würde in
signifikanter Weise verkleinert werden, wenn sowohl der
Reaktor- als auch der Containmentbehälter brechen, wodurch
der Pegel des Flüssigmetall-Kühlmittels, das in dem
Reaktorbehälter enthalten ist, von seiner normalen Betriebshöhe
aufgrund von Leckageverlust auf einen niedrigen Punkt
abfällt, der die natürliche Konvektionsströmung hemmt. Ein
derartiges Auftreten ruft die Gefahr für eine
Brennstoffkernerhitzung hervor, dem ein langsames
Flüssigmetall-Kühlmittelsieden folgt, wie beispielsweise etwa fünf Tage für
Natrium in typischen Flüssigmetall-gekühlten Reaktoren, was
letztlich einen ernsthaften Unfall zur Folge haben könnte.
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Es sind alternative Mittel vorgeschlagen worden für
eine Abklingwärmeabfuhr des Brennstoffes von der primären
Kühlmittelkreisschleife nach einem Behälterbruch, der von
einem signifikanten Verlust an Flüssigmetall-Kühlmittel
begleitet wird. Diese Mittel garantieren, die Masse des
Flüssigmetall-Kühlmittels auf Temperaturen unterhalb sicherer
Grenzwerte zu halten. Trotzdem gibt es eine
Wahrscheinlichkeit, daß hohe Spitzenwerte der Brennstoffkerntemperatur
auftreten, weil die Flüssigmetall-Kühlmittelströmung durch
den Kern bei einem derartigen Verlust beendet würde. Somit
würde die Abfuhr von Abklingwärme aus dem Brennstoffkern
primär durch Wärmeleitung durch eine große Masse von
einschließendem rostfreien Stahl erfolgen, beispielsweise
etwa 200mm (8 Zoll) insgesamt, was eine Temperaturdifferenz
zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen von etwa 370ºC
(700ºF) erfordern würde, um die Wärme von einem Bereich
innerhalb des Kerns zu einem äußeren Bereich zu
transportieren. Brennstoffkerntemperaturen einer derartigen Höhe
könnte gewisse Fehler der Brennstoffeinheitsbehälter zur
Folge haben, aber ein größerer Fehler ist unwahrscheinlich.
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Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung in ihren
verschiedenen Aspekten können wie folgt zusammengefaßt
werden, nämlich:
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ein verbessertes passives Kühlsystem für
Flüssigmetall-gekühlte Kernreaktoren für die Abfuhr von Abkling- und
sensibler Wärme zu schaffen;
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die Effizienz der Wärmeübertragung in der passiven
Kühlung von Flüssigmetall-gekühlten Kernreaktoren zu
verbessern, die einen Kern aus spaltbarem Brennstoff
enthalten, der in einen Pool von Flüssigmetall-Kühlmittel im
wesentlichen eingetaucht ist;
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ein verbessertes passives Kühlsystem für
Flüssigmetall-gekühlte Kernreaktoren zu schaffen, die Mittel für
eine effektive Übertragung thermischer Energie von dem
Brennstoffkernbereich nach außen zu einem
Kühlfluid-Wärmeübertragungsmedium außerhalb des Brennstoffkerns durch
natürliche Konvektion enthalten;
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ein Wärmeabfuhrsystem für Flüssigmetall-gekühlte
Kernreaktoren zu schaffen, das vollständig passiv ist und
kontinuierlich durch die inhärente Erscheinung von
natürlicher Konvektion in Strömungsmitteln, Leitung, Konvektion
und thermischer Strahlung arbeitet;
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eine Verbesserung in passiven Systemen zu schaffen
zur Abfuhr von Abkling- und sensibler Wärme, die während
der Abschaltung in einem Flüssigmetall-gekühlten
Kernreaktor erzeugt wird, der zahlreiche Kühlkreisläufe mit einem
Fluidmedium verwendet.
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Die Aufgaben werden durch ein passives Kühlsystem
gemäß Anspruch 1 gelöst.
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In der beigefügten Zeichnung ist die einzige Figur
1 eine schematische Darstellung von einer
Flüssigmetall-gekühlten Kernreaktoranlage in einem axialen Querschnitt.
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Gemäß der Zeichnung enthält ein Ausführungsbeispiel
von einer poolartigen, Flüssigmetall-gekühlten
Kernreaktoranlage 10 einen Reaktorbehälter 12, der typischerweise aus
einem zylindrischen Behälter besteht, der mit seiner
Längsachse vertikal aufrecht angeordnet ist und ein offenes
oberes Ende aufweist, das mit einer entfernbaren Abdeckung
14 versehen ist. Der Reaktorbehälter 12 ist von einem
Containment-Behälter 16 konzentrisch umgeben, wobei dazwischen
ein Abstand ausgebildet ist. Der Zwischenraum 18 zwischen
den Behältern 12 und 16 ist abgedichtet und mit einem
Inertgas, wie beispielsweise Argon, gefüllt, um ein sicheres,
nicht-reaktives Medium mit irgendeinem
Flüssigmetall-Kühlmittel,
wie beispielsweise Natrium, zu schaffen, falls es
aus dem Reaktorbehälter in den Raum 18 austreten sollte.
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Die konzentrisch angeordneten Reaktor- und
Containment-Behälter 12 und 16 sind ihrerseits von einem mit
Abstand angeordneten Gehäusebehälter 20 umschlossen, wie
beispielsweise einem Betonsilo, das in der Erde im
wesentlichen eingegraben ist. Der Raum zwischen dem Gehäusebehälter
20 und dem Containment-Behälter 16 kann
Wärmeübertragungsröhren 22 oder ähnliches enthalten, um Wärme von diesem
Bereich abzuführen, wenn dies nötig ist.
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Der Reaktorbehälter 12 enthält Brennstoff- und
Abschirmungsanordnungen 24, wobei ein Kern aus Wärme
erzeugendem spaltbarem Brennstoff 26 darin eingeschlossen ist.
Der Reaktorbehälter 12 ist im wesentlichen gefüllt mit
einem Flüssigmetall-Kühlmittel 28, wie beispielsweise
Natrium, wobei der Wärme erzeugende Brennstoffkern 26 und die
Anordnungen 24 darin eingetaucht sind für eine effektive
Wärmeübertragung von diesen weg und zu einer geeigneten
Wärme verbrauchenden Einrichtung, wie beispielsweise die
Erzeugung elektrischer Leistung. Der Brennstoff 26 und die
Abschirmungsanordnungen 24 sind mit einer Vielzahl
vertikaler Kühlmittelkanäle versehen, die sich durch deren axiale
Länge erstrecken für eine Strömung des Kühlmittels nach
oben, um Wärme abzuführen, die von dem Brennstoffkern
erzeugt ist.
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Steuerstäbe 30 sind oberhalb des Brennstoffkerns 26
und der Abschirmungsanordnungen 24 aufgehängt und sind
einzeln hin und her bewegbar nach unten in den Brennstoffkern
26 und zurück nach oben aus diesem heraus, um die
Spaltaktivität und die Rate des Brennstoff des Kerns 26 und
dadurch wiederum die Erzeugung thermischer Energie zu
steuern.
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Eine elektromagnetische Pumpe 32 oder eine
mechanische Pumpe wälzt das Flüssigmetall-Kühlmittel 28 durch eine
primäre Kreisschleife um, die eine Bahn nach oben durch die
Abschirmungsanordnungen 24 mit dem Brennstoffkern 26
aufweist, um die Wärme abzuführen, die durch die Spaltreaktion
oder das Abklingen erzeugt ist. Eine
Zwischenwärmetauschereinheit 34 ist in einem Umfangsbereich des Reaktorbehälters
12 angeordnet, um Wärme von dem zirkulierenden Kühlmittel
28 abzuführen.
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Der Brennstoffkern 26 und die
Abschirmungsanordnungen 24 sind mit Abstand und in einer festen Position von
einem Halterungszylinder 36 der Brennstoffanordnung
umgeben. Der Halterungszylinder 36 hat zwei nach innen
vorstehende Flansche, einen unteren Flansch 38 und einen oberen
Flansch 40 zur Halterung der Brennstoffanordnung 24.
Strahlungabschirmungseinheiten 42 sind zwischen dem
Halterungszylinder 36 und der Brennstoffanordnung 24 zwischen den
Flanschen 38 und 40 angeordnet, und zusätzliche
Strahlungabschirmungseinheiten 44 sind außen von wenigstens einem
Teil des Halterungszylinders neben der Brennstoffanordnung
24 und diese umgebend angeordnet.
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In einem Flüssigmetall-gekühlten Kernreaktor des
oben beschriebenen Typs weist eine typische primäre
Kreisschleife für das Kühlmittel 28 eine Bahn nach oben durch
die Brennstoffanordnung 24 und den Kern 26 auf, wodurch
Wärme absorbiert und in den Bereich oberhalb der Anordnung
24 oder den "heißen Pool" getragen wird. Die
Aufwärtsströmung des viel Wärme führenden Kühlmittels setzt sich fort
und tritt in die Zwischenwärmetauschereinheit(en) 34 in
ihrem oberen Abschnitt ein und strömt nach unten hindurch,
wobei Wärme abgegeben wird, und tritt in einem
Umfangsbereich oder "kalten Pool" um die Außenseite der
Strömungsführung 46 oder Rand aus, der um den Verbund des
Halterungszylinders 36 der Brennstoffanordnung und die
Strahlungabschirmungseinheiten 42 und 44 herumführt. Von
dem auf dem Umfang angeordneten kalten Pool kehrt das eine
verminderte Wärme aufweisende Kühlmittel 28 seine Richtung
an dem Unterteil der Strömungsführung 46 um und bewegt sich
nach oben durch die Strahlungabschirmungseinheiten 42 und
in die elektromagnetische Pumpe 32. Das Kühlmittel 28 wird
durch die Pumpe 32 bewegt und dann über nicht gezeigte
Leitungen nach unten in eine Einlaßkammer 48 unterhalb der
Brennstoffanordnung 24. Das Kühlmittel 28 zirkuliert dann
kontinuierlich durch die gleiche Bahn, also wieder nach
oben durch die Brennstoffanordnung 24 und den Kern 26,
wobei es Wärme absorbiert, und setzt den Kühlkreislauf fort.
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Wenn also der Pegel des Flüssigmetall-Kühlmittels
28 abfallen sollte aufgrund einer Leckage wegen eines
Bruches des Reaktorbehälters 12 und des
Containment-Behälters 16 könnte die Kühlmittelströmung durch die vorgenannte
Bahn, die die Wärme erzeugende Brennstoffanordnung 24 und
den Kern 26 enthält, unterbrochen werden und ihre Wärme
abführende Funktion wird beendet. Dies würde auftreten, wenn
der Pegel des Flüssigmetall-Kühlmittels unter das obere
Ende des Halterungszylinders 36 der Brennstoffanordnung
abfällt, und die Kühlmittelströmung durch die bezeichnete
Bahn der primären Kreisschleife wird verhindert, wie es
durch den verminderten Kühlmittelpegel gezeigt ist, der in
der Zeichnung dargestellt ist.
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Unter diesen Umständen ist das einzige Mittel zur
Wärmeabfuhr von dem Brennstoffkern 26 und dem darüber
befindlichen Bereich des "heißen Pools" durch Leitung durch
den Halterungszylinder 36 der Brennstoffanordnung und die
benachbarten Komponenten, die die Strahlung abschirmenden
Einheiten 42 und 44 an dem Umfang der Brennstoffanordnung
24 und dem Kern 26 aufweisen. Natürliche
Konvektionsströmungsmuster treten in dem Brennstoffkern 26 und dem darüber
befindlichen Heißpoolbereich mit einer zyklischen
Aufwärtsströmung in dem Mittelabschnitt der Brennstoffanordnung 24
und einer Abwärtsströmung in dem Umfang außen von dem
Brennstoffkern auf. Diese natürliche Konvektionsströmung
des Kühlmittels kühlt den aktiven Brennstoff des Kerns 26
und hat die Tendenz, die Temperaturen innerhalb des
Brennstoffkerns 26 und der Abschirmungsanordnungen 24
auszugleichen. Es wird jedoch geschätzt, daß die Leitung von Wärme
durch den Halterungszylinder 36 der Brennstoffanordnung und
das Strahlungabschirmungsmaterial nach außen in den
Umfangsbereich des "kalten Pools" eine Temperaturdifferenz
zwischen diesen Abschnitten von bis zu etwa 370ºC (700ºF)
erfordert. Eine derartig hohe Temperaturdifferenz kann zu
hohen durchschnittlichen
Flüssigmetall-Kühlmittel-Temperaturzuständen und dem Sieden von üblicherweise verwendeten
Natrium-Kühlmittel führen, wenn das System nicht auf einer
relativ niedrigen Temperatur von weniger als etwa 430ºC
(800ºF) durch gewisse Mittel der Abklingwärmeabfuhr
gehalten werden kann. Die Wirkungen dieser hohen Temperatur, wie
sie wahrscheinlich in dem System auftreten würde, können
zwar nur vermutet werden, aber gewisse
Brennstoffbehälterfehler sind wahrscheinlich.
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Als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine
primäre Wärmetauschereinrichtung, die einen dickwandigen,
etwa 12,5 - 19 mm (0,5 bis 0,75 Zoll), Zylinder 50 aus
rostfreiem Stahl aufweist, angebracht, um die
Brennstoffanordnung 24 einschließlich des Kerns 26 zu umgeben und
innerhalb des Halterungszylinders 36 der Brennstoffanordnung
und der Strahlungabschirmungseinheiten 42 und 44 auf beiden
Seiten des Halterungszylinders angeordnet zu sein. Der
Wärmetauscherzylinder 50 erstreckt sich typisch zwischen den
innen verlaufenden unteren und oberen Flanschen 38 und 40
des Halterungszylinders 36 der Brennstoffanordnung und ist
vorzugsweise an dem inneren Umfang von jedem dieser
Flansche befestigt durch Schweißen oder andere geeignete
Befestigungsmittel, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.
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Zusätzlich enthält die Erfindung die Maßnahme von
Fluidströmungsschlitzen, die durch den Halterungszylinder
36 der Brennstoffanordnung zwischen ihren nach innen
vorstehenden unteren und oberen Flanschen 38 und 40
hindurchführen. Wenigstens ein derartiger Strömungsschlitz 52 ist
in einem unteren Abschnitt des Halterungszylinders 36 der
Brennstoffanordnung, vorzugsweise neben dem unteren Flansch
38, angeordnet, und wenigstens ein derartiger
Strömungsschlitz 54 ist in einem oberen Abschnitt des
Halterungszylinders 36 der Brennstoffanordnung, vorzugsweise neben dem
oberen Flansch 40, angeordnet. Vorzugsweise sind eine
Vielzahl derartiger Fluidströmungsschlitze 52 und 54
vorgesehen, um eine Strömung mit einem relativ hohen Volumen durch
die Schlitze hindurch zu ermöglichen.
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Die unteren Fluidströmungsschlitze 52 und die
oberen Fluidströmungsschlitze 54 sorgen für einen Zugang in
den Raum 56 zwischen dem Halterungszylinder 36 der
Brennstoffanordnung und dem eingefügten primären
Wärmetauscherzylinder 50 und aus diesem Raum heraus. Obwohl der Raum 56
Strahlungabschirmungseinheiten 42 enthält, ist reichlich
Fläche ausgebildet, um eine Fluidströmung von den unteren
Schlitzen 52 nach oben zu den oberen Schlitzen 54
aufzunehmen, die primär über die äußere Oberfläche des primären
Wärmetauscherzylinders 50 strömt. Eine
Hilfswärmetauscher-Kühleinheit(en)
58 ist innerhalb der Umfangsfläche des
Reaktorbehälters 12 außen von dem Halterungszylinder 36 der
Brennstoffanordnung angeordnet. Die Hilfskühleinheit(en) 58
ist vorzugsweise an dem unteren Ende von der
Zwischenwärmetauschereinheit(en) 34 angeordnet.
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Die vorstehend beschriebene besondere Konstruktion
gemäß der Erfindung, die den primären Wärmetauscherzylinder
50 und untere und obere Fluidströmungsschlitze 52 und 54
aufweist, sorgt für eine eigene
Wärmeaustausch-Strömungsbahn mit natürlicher Konvektion für das
Flüssigmetall-Kühlmittel, das kontinuierlich überschüssige Wärme aus dem
Bereich der Brennstoffanordnung und der Abschirmung 24 und
dem darin enthaltenen Brennstoffkern 26 abführt.
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Wie vorstehend ausgeführt wurde, wird nach einer
signifikanten Absenkung des Pegels dieses Flüssigmetall-
Kühlmittels 28 innerhalb des Reaktorbehälters 12 aufgrund
von Leckage die normale Primärkreisschleife für das
Kühlmittel, die durch das gesamte System zirkuliert, um Wärme
von dem Brennstoffkern 26 aus dem Reaktor
herauszutransportieren, unterbrochen. Somit ist die verbleibende
Kühlmittelzirkulation, die der natürlichen Konvenktionsströmung
zuzurechnen ist, im wesentlichen begrenzt auf einen
restrukturierten Kreis, in dem das Kühlmittel nach oben durch
den Brennstoffkern 26 und viel Wärme erzeugenden
Mittelbereich der Brennstoffanordnung und der Abschirmung 24
strömt, wobei es durch die Wärme angetrieben wird, die aus
dem Brennstoffkern absorbiert wird. Dieses erwärmte
Kühlmittel steigt von dem Kern zu dem sogenannten "heißen
Pool"-Bereich oberhalb der Brennstoffanordnung auf, kehrt
dann seine Richtung um und strömt nach unten in dem auf den
Umfang angeordneten, wenig Wärme erzeugenden Bereich der
Brennstoffanordnung 24, der den Wärme erzeugenden
Brennstoffkern
26 umgibt, zu der darunterliegenden Einlaßkammer
48, woraufhin es wieder seine Strömungsrichtung umkehrt und
wieder nach oben durch den in der Mitte angeordneten
Brennstoffkern 26 strömt, wobei der Zyklus kontinuierlich
wiederholt wird, während es mit Wärme angetrieben wird, die in
dem Brennstoffkern erzeugt wird. Jedoch ist die Übertragung
von Wärme von diesem eingeschlossenen Kreis weg höchst
ineffektiv bei einer früheren Konstruktion aufgrund der
vorhandenen großen Menge an Stahlabschirmung.
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Mit der Konstruktion gemäß dieser Erfindung ist das
Flüssigmetall-Kühlmittel 28, das innerhalb des Bereiches
des Reaktorbehälters 12 außen von dem Halterungszylinder 36
der Brennstoffanordnung verbleibt, in der Lage, durch
natürliche Konvektion durch die unteren
Fluidströmungsschlitze 52 in den Raum 56 zu strömen, über die Außenfläche
des primären Wärmetauscherzylinders 50 zu strömen und dann
durch die oberen Fluidströmungsschlitze 54 nach außen.
Wärme, die von dem begrenzten Kreis geführt wird, der durch
den Brennstoffkern 26 und um die Brennstoffanordnung 24 und
in Kontakt mit dem primären Wärmetauscherzylinder 50 führt,
tritt durch die Wand des Zylinders 50 hindurch, wo sie
durch das Kühlmittel absorbiert wird, das durch den Raum 56
zirkuliert. Das Kühlmittel, das durch natürliche Konvektion
von Wärme angetrieben wird, das durch den Zylinder 50 von
dem Brennstoffkern 26 geliefert wird, bewegt sich nach oben
durch den Raum 56 und aus dem Schlitz 54 heraus, woraufhin
es mit einer Hilfswärmetauschereinheit(en) 58 in Kontakt
kommt, wo es absorbierte Wärme abgibt. Nachdem es somit
gekühlt ist, kehrt das Kühlmittel seine Bahn um und bewegt
sich nach unten innerhalb des Umfangsbereiches des
Reaktorbehälters 12 außen von der Strömungsführung 46, woraufhin
es wieder seine Bahn umkehrt und wieder nach oben
zurückkehrt in den unteren Fluidströmungsschlitz 52 und den Raum
56, um den Zyklus kontinuierlich zu wiederholen, während
Wärme erzeugt wird. Ein alternatives Mittel zum
Zurückweisen von Wärme aus dem kalten Pool erfolgt durch die
Verwendung von Wärmeübertragungsröhren 22, die auf natürliche
Weise zirkulierende Luft enthalten.
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Eine Auswertung der thermischen Leistungsfähigkeit
der besonderen Konstruktion gemäß der Erfindung gibt an,
daß sie die gewünschte Wärmeabfuhr von etwa 2,5 Megawatt
von dem begrenzten Kreis der Brennstoffanordnung mit nur
etwa 38ºC (100ºF) Wandtemperaturdifferenz zwischen dem
Bereich der Brennstoffanordnung und dem äußeren
Umfangsbereich zur Folge haben würde. Dies ist zu vergleichen mit
der Temperaturdifferenz von etwa 370ºC (700ºF), die in der
bekannten Konstruktion mit vermindertem, Natrium
enthaltenden Flüssigmetall-Kühlmittel erforderlich ist.
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Der Hauptvorteil der Erfindung ist, daß die
Brennstoffkerntemperaturen nach einem extrem unwahrscheinlichen
doppelten Behälterbruch- und Kühlmittelaustrittunfall unter
der Brennstoffbehälter-Fehlergrenze gehalten werden können.
Somit sind die Konsequenzen eines derartigen Ereignisse und
irgendwelche daraus resultierenden Gefahren stark
vermindert, weil die Brennstoffbehälter radioaktive Isotope und
flüchtige, durch Spaltung erzeugte Gase einschließen.