DE69808601T2

DE69808601T2 - Kernkraftwerk

Info

Publication number: DE69808601T2
Application number: DE69808601T
Authority: DE
Inventors: Ulf Bredolt; Johan Engstroem; Bengt Ivung
Original assignee: Westinghouse Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: EP0965134B1; EP0965134A1; ATE225981T1; WO1998039778A1; US6351510B1; SE508996C2; SE9700822D0; WO1998039778A9; DE69808601D1; ES2184240T3; SE9700822L; CN1254437A; JP2001513895A

Description

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kernkraftreaktoranlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, siehe EP-A-734 028.
Solche Kernkraftreaktoranlagen sind bekannt, und es hat sich gezeigt, daß sie zufriedenstellend arbeiten.
Während der Abschaltung einer solchen Anlage zum Zwecke der Revision und Wartung wird die genannte Deckelanordnung entfernt. Folglich ist der Reaktorkern vollständig in Wasser eingetaucht. Es ist unter Sicherheitsgesichtspunkten natürlich wichtig, 111 der Lage zu sein, das Wasser während der gesamten Abschaltperiode in dem Reaktorgefäß zu halten, um zu verhindern, daß Strahlung von dem Reaktorkern in die Umgebung gelangt, und um zu verhindern, daß die Temperatur des Reaktorkerns auf ein unzulässiges Niveau ansteigt, was zu einem Schmelzen des Reaktorkerns führen kann.
Während einer solchen Abschaltung des Reaktors und bei bestimmten Arten von Wartungsarbeiten am Reaktor, wie beispielsweise Arbeiten an den am Bodenteil des Reaktorgefäßes vorhandenen Pumpen, kann es unter gewissen Umständen passieren, daß Wasser aus dem Reaktorkern herausleckt. Im Falle eines unglücklichen Szenarios kann dies zu einer Entleerung des Reaktorgefäßes um eine solche Wassermenge führen, daß das Niveau im Reaktorgefäß unter das Niveau des Reaktorkerns sinkt. Ferner wird, wenn die Öffnungen und Passierwege, die normalerweise in der Sicherheitshülle zu dem Raum unter dem Reaktorgefäß vorhanden sind, nicht ordentlich geschlossen sind, das Wasser, welches aus dem Reaktorgefäß herausleckt, zusätzlich aus der Sicherheitshülle entweichen. Es ist zu beachten, daß während einer Abschaltung und Überholarbeiten diese Öffnungen und Passierwege normalerweise offen sind, um einen Zugang für das Wartungspersonal und den Transport von Material bereitzustellen.
Bei einem solchen Wasserverlust im Reaktorgefäß kann es daher passieren, daß die Temperatur im Reaktorkern auf ein solches Niveau ansteigt, daß der Kern bei offener Reaktor- Sicherheitshülle schmilzt.
Die EP-A-734 028 beschreibt eine Kernkraftreaktoranlage mit einer Druckkammer, in welcher ein Reaktorgefäß angeordnet ist, und mit einer Kondensationskammer, die über der Druckkammer angeordnet ist und ein Flüssigkeitsvolumen enthält, welches größer als das Volumen der Druckkammer ist. Diese Druckschrift stellt in Spalte 9, Zeile 5 bis 10, fest, daß die Flüssigkeit in der Kondensationskammer ausreicht, um die Druckkammer zu füllen, so daß das Niveau über der Einlauföffnung liegt, das heißt, das Niveau liegt über dem Reaktorkern. Jedoch erwähnt diese Druckschrift nicht die Möglichkeit, die Sicherheitshülle vollständig gegenüber der Umgebung zu schließen, und zwar auch in den Fällen, in denen der Reaktor für Reparaturarbeiten abgeschaltet ist. Diese Druckschrift beschreibt keine Transportwege, die von einem Raum unter dem Reaktorgefäß zu einem Raum über dem genannten Niveau führen.

Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Probleme zu lösen und insbesondere eine Reaktoranlage zu entwickeln, bei der ein Wasserverlust im Reaktorgefäß in einer sicheren und passiven Weise verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Kernkraftreaktoranlage der eingangs beschriebenen Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Hülle so aufgebaut ist, daß der Primärraum mindestens bis zu einem Niveau, welches dem am höchsten gelegenen Teil des Reaktorkerns entspricht, vollständig gegenüber der Umgebung geschlossen ist, und daß der obere Teil zur Aufnahme eines Flüssigkeitsvolumens vorgesehen ist, welches Volumen ausreichend groß ist, um den Primärraum mit der genannten Flüssigkeit bis zu einem Niveau zu füllen, welches mindestens das am höchsten gelegene Teil des Reaktorkerns erreicht, und daß mindestens ein Transportweg sich zwischen dem unteren Teil der Vertiefung und dem Teil des Primärraumes erstreckt, der über dem Flurglied liegt. Da die Hülle gemäß der Erfindung an ihrem unteren Teil vollständig geschlossen ist und somit keine Öffnungen oder Passierwege enthält, wird das Wasser, welches im Falle eines Unfalles möglicherweise aus dem Primärraum entweicht, daran gehindert, die Hülle unter dem am höchsten gelegenen Teil des Kernes zu verlassen. Da die sich öffnen lassende Deckelanordnung entfernt wird, wenn die Reaktoranlage zwecks Revision und Wartung abgeschaltet wird, wird die Flüssigkeit in dem oberen Raum nach unten in das Reaktorgefäß fließen. Mit dem im oberen Teil verfügbaren Flüssigkeitsvolumen ist es daher möglich sicherzustellen, daß der Reaktorkern stets in Flüssigkeit eingetaucht bleibt, selbst wenn der Boden des Reaktorgefäßes offen wäre. Folglich ist es mit der Maßnahme gemäß der Erfindung möglich, in einer vollständig passiven Weise, das heißt ohne die Anordnung von äußeren Kräften oder Maßnahmen, zu verhindern, daß der Reaktorkern von Wasser entblößt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Primärraum nach unten durch ein Flurglied und eine Vertiefung begrenzt, die nach oben offen ist und sich von dem Flurglied nach unten erstreckt, wobei das Reaktorgefäß mindestens teilweise in der Vertiefung angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Volumen des Primärraumes, welches das Reaktorgefäß umgibt, reduziert werden. Dabei ist das Reaktorgefäß vorteilhafterweise in dem Primärraum in einer Weise angeordnet, daß es sich nach unten in die Vertiefung bis zu einem solchen Niveau erstreckt, daß das höchstgelegene Teil des Reaktorkerns in der Vertiefung unter dem Flurglied liegt. Eine solche Vertiefung kann von einem Bodenteil und von einem Wandteil gebildet werden, welche die Vertiefung vollständig gegenüber den umgebenden Teilen der Hülle bis zu einem Niveau abgrenzen, auf welchem das Flurglied liegt. Auf diese Weise wird die Vertiefung vollständig gegenüber den umgebenden Teilen der Räume abgeschlossen, die in der Hülle liegen, das heißt, die Vertiefung hat keinen Passierweg, durch welchen Wasser, welches bei einem Unfall möglicherweise ausleckt, die Vertiefung verlassen kann. Der genannte Transportweg kann Einrichtungen für den Transport von Menschen und Material enthalten. Auf diese Weise ist der Raum unter dem Reaktorgefäß zugänglich, und Arbeiten können an Reaktorkomponenten durchgeführt werden, die an der Unterseite des Reaktorgefäßes liegen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umschließt die Hülle auch einen Sekundärraum, der gegenüber dem Primärraum abgetrennt ist und unter dem Flurglied liegt und zur Aufnahme eines Kühlmediums vorgesehen ist. Dabei kann mindestens ein Kanal sich durch das Flurglied erstrecken und den Primärraum mit dem Sekundärraum verbinden, wobei der genannte Kanal eine Öffnung in dem Sekundärraum hat, die so angeordnet ist, daß sie in dem genannten Kühlmittel liegt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Primärraum über einen sich öffnen lassenden Passierweg zugänglich, der sich durch die Hülle auf einem Niveau erstreckt, welches über dem Flurglied liegt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mindestens eine Reaktorkomponente vorhanden, die abgedichtet und sich öffnen lassend in einer durchgehenden Öffnung an einem Bodenteil des Reaktorgefäßes vorgesehen ist. Bei einer solchen Reaktorkomponente kann es sich um mindestens eine Pumpeneinrichtung, die zur Rezirkulation von Flüssigkeit im Inneren des Reaktorgefäßes angeordnet ist, und um ein Antriebsglied handelt, welches zur Verschiebung eines Steuerstabes in den Reaktorkern hinein oder aus diesem heraus zur Steuerung der Kernreaktion in dem Reaktorkern angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gehört zu der Deckelanordnung ein erster Deckel, der vorgesehen ist, um die obere Begrenzungswand des Primärraumes zu schließen, sowie ein zweiter Deckel, der vorgesehen ist, um das Reaktorgefäß zu schließen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Kernkraftreaktoranlage gemäß der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird jetzt genauer anhand verschiedener Ausführungsformen, die lediglich als Beispiele zu verstehen sind, und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Kernkraftreaktoranlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im normalen Betriebszustand,
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Kernkraftreaktoranlage der Fig. 1 nach einem Störfall.

Detaillierte Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt schematisch eine Kernkraftreaktoranlage gemäß der vorliegenden Erfindung. Zu der Anlage gehört eine Hülle 1 die einen Primärraum 2 und einen Sekundärraum 3 einschließt, die durch ein Trennglied 4 in Gestalt einer Zwischenwand voneinander getrennt sind. Das Trennglied 4 bildet ein peripheres, im wesentlichen ebenes Flurglied 5 und eine zentral angeordnete Vertiefung 6, welche durch ein Bodenteil 7 und ein Wandteil 8, welches sich um das Bodenteil 7 erstreckt und das Bodenteil 7 mit dem Flurglied 5 verbindet, definiert wird. In dem Primärraum 2 ist ein Reaktorgefäß 9 derart angeordnet, daß das Reaktorgefäß 9 zumindest teilweise sich nach unten in die Vertiefung 6 erstreckt. In dem Reaktorgefäß 9 ist ein Reaktorkern 10 schematisch dargestellt. Die gezeigte Kernkraftreaktoranlage gehört zu dem sogenannten Siedewassertyp, und sie enthält eine Dampfleitung 11, die sich aus der Hülle 1 heraus zu einer (nicht gezeigten) Turbinenanlage zur Erzeugung elektrischer Energie erstreckt. Von der Turbinenanlage erstreckt sich eine Speisewasserleitung 12 für das Kondensat durch die Hülle zurück in das Reaktorgefäß 9. Ferner ist eine Anzahl schematisch dargestellter Antriebsglieder 13 am Bodenteil des Reaktorgefäß 9 vorgesehen, und sie dienen dazu, (nicht dargestellte) Steuerstäbe in den Reaktorkern einzufahren und aus diesem herauszufahren, um so die Kernreaktion in dem Reaktorkern 10 zu steuern. Ferner sind zwei Pumpeneinheiten 14 gezeigt, die zur Rezirkulation von Flüssigkeit im Inneren des Reaktorgefäßes 9 vorgesehen sind.
Das untere Teil der Vertiefung 6 ist über einen Transportweg 15 zugänglich, der sich zwischen dem unteren Teil der Vertiefung 6 und demjenigen Teil des Primärraumes 2 erstreckt, der über dem Flurglied 5 liegt. Der Transportweg 15 enthält Mittel zum Transport von Personal und Material, beispielsweise einen schematisch angedeuteten Aufzug 15a und eine (nicht gezeigte) Treppe.
Der Primärraum 2 ist von außen über eine Öffnung 16 durch die Hülle 1 zugänglich. Die Öffnung 16 enthält Türen 17, welche das Öffnen und Verschließen des Passierweges gestatten. Es ist zu beachten, daß die Hülle 1 gemäß der vorliegenden Erfindung keine Öffnungen oder Passierwege an der Vertiefung 6 enthält, die auf einem niedrigeren Niveau als dem gezeigten angeordnet sind, das heißt, alle diese Öffnungen sollen über dem Flurglied 5 und genauer über den am höchsten liegenden Teil des Reaktorkerns angeordnet sein. Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung keine Öffnung und kein Passierweg durch die Wand 8 und den Boden 7 in den Sekundärraum 3 vorhanden. Wenn an den unteren Teilen des Reaktorgefäßes 9 Arbeiten durchgeführt werden sollen, müssen daher Personal und Material über den Passierweg 16 und den Transportweg 15 nach unten zu dem untersten Teil der Vertiefung 6 transportiert werden.
Die Hülle 1 und der Primärraum 2 sind oben durch eine obere Begrenzungswand 18 begrenzt. Über dieser Begrenzungswand 18 und damit über der Hülle 1 ist ein oberer Raum 19 vorhanden, in welchem sich ein Flüssigkeitsvolumen befindet. In dem gezeigten Beispiel ist dieser obere Raum 13 mit einem Becken 20 verbunden, welches zur vorübergehenden Aufbewahrung von Brennstäben dient und außerhalb der Hülle 1 liegt. Das Innere des Reaktorgefäßes 9, das heißt der Reaktorkern 10, ist von dem oberen Raum 19 aus über eine sich öffnen lassende Deckelanordnung zugänglich, zu welcher ein erster kuppelförmiger Deckel 21 gehört, der einen Teil der Hülle 1 und der oberen Begrenzungswand 18 bildet, und ein zweiter kuppelförmiger Deckel 22, der ein Teil des Reaktorgefäßes 9 bildet.
Der Sekundärraum 3 ist zur Aufnahme eines Kühlmittels in Gestalt einer Flüssigkeit vorgesehen und ist an den Primärraum 2 über eine Anzahl von Kanälen 23 angeschlossen, von denen einer in Fig. 1 gezeigt ist. Der Kanal 23 erstreckt sich durch das Flurglied 5 und hat eine Öffnung in den Sekundärraum 3, die so angeordnet ist, daß sie in der im Sekundärraum 3 vorhandenen Flüssigkeit liegt.
In Fig. 2 sind der erste Deckel 21 und der zweite Deckel 22 abgenommen, um beispielsweise Wartung oder Revision der Kernkraftreaktoranlage vornehmen zu können. Ein Wandteil 24 erstreckt sich um den oberen Teil des Reaktorgefäßes 9 und verbindet das Reaktorgefäß 9 mit der oberen Begrenzungswand 18 in der Weise, daß der Primärraum 2 von dem oberen Raum 19 getrennt ist. Ferner zeigt Fig. 2, daß eine der Pumpeneinrichtungen 14 derart fehlerhaft ausgebaut wurde, daß das Reaktorgefäß 9 an seinem Bodenteil eine Öffnung oder ein Loch hat. Die im Reaktorgefäß 9 vorhandene Flüssigkeit fließt durch dieses aus dem Reaktorgefäß 9 aus nach unten in die Vertiefung 6. Da das Reaktorgefäß 9 nach oben gegenüber dem oberen Raum 19 offen ist, wird die in dem oberen Raum 19 vorhandene Flüssigkeit nach unten durch das Reaktorgefäß 9 fließen und dieses in dem gleichen Maße füllen, wie Flüssigkeit durch die Öffnung in dem Bodenteil ausfließt. Daher wird der Flüssigkeitsspiegel in der Vertiefung 6 ansteigen, bis er das abschließende in Fig. 2 gezeigte Flüssigkeitsniveau 25 erreicht.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, liegt das abschließend erreichte Flüssigkeitsniveau 25 über den am höchsten liegenden Teil des Reaktorkerns 10, das heißt über dem oberen Rand des Reaktorkerns 10. Dies bedeutet, daß der Reaktorkern 10 weiterhin vollständig in Wasser eingetaucht ist. Daher kann man trotz einer Öffnung im Bodenteil des Reaktorgefäßes 9 die Kühlung des Reaktorkerns 10 sicherstellen.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Anordnung gemäß der Erfindung vollständig auf passiven Maßnahmen beruht, das heißt, es besteht keine Voraussetzung, daß Pumpen oder andere aktiv angetriebene Glieder arbeiten, um Flüssigkeit dem Inneren des Reaktorgefäßes 9 im Falle eines Lecks am Bodenteil des Reaktorgefäßes 9 zuzuführen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann im Rahmen der folgenden Ansprüche variiert und modifiziert werden. Beispielsweise ist darauf hinzuweisen, daß mehr als ein Transportweg vorgesehen sein kann, um eine ausreichende Evakuierungskapazität für das in der Vertiefung 6 vorhandene Personal im Falle des oben beschriebenen Szenarios sicherzustellen. Obwohl die beschriebene Ausführungsform sich auf einen Siedewasserreaktor bezieht, ist darauf hinzuweisen, daß die Grundsätze gemäß der Erfindung auch bei anderen Kernreaktortypen anwendbar sind, insbesondere bei Leichtwasserreaktoren, wie zum Beispiel Druckwasserreaktoren.
Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet die erfindungsgemäße Hülle 1 die Sicherheitshülle (Containment) der Anlage. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Hülle 1 im Rahmen der Erfindung eine separate Hülle sein kann, die von der Reaktorsicherheitshülle getrennt ist, die gemäß bekannter Technik vorgesehen ist, und die entweder auf der Innenseite oder der Außenseite der Reaktorsicherheitshülle angeordnet werden kann. Beispielsweise kann die Hülle 1 von einem Reaktorgebäude gebildet werden.

Claims

1. Kernkraftreaktoranlage, zu welcher gehören

- eine Hülle (1), die einen Primärraum (2) umschließt,

- ein in den Primärraum angeordnetes Reaktorgefäß (9),

- ein in dem Reaktorgefäß angeordneter Reaktorkern (10) und

- ein über dem Primärraum (2) angeordneter oberer Raum (19),

wobei der Reaktorkern (10) von dem oberen Raum durch eine sich öffnen lassende Deckelanordnung (21, 22) getrennt ist, wobei der Primärraum (2) nach unten durch ein Flurglied (5) und eine Vertiefung (6) begrenzt ist, welche nach oben offen ist und sich von dem Flurglied (5) nach unten erstreckt, und wobei das Reaktorgefäß (9) zumindest teilweise in der Vertiefung (6) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (1) so aufgebaut ist, daß der Primärraum (2) mindestens bis zu einem Niveau, welches dem am höchsten gelegenen Teil des Reaktorkerns (10) entspricht, vollständig gegenüber der Umgebung geschlossen ist, daß der obere Teil (19) zur Aufnahme eines Flüssigkeitsvolumens vorgesehen ist, welches Volumen ausreichend groß ist, um den Primärraum (2) mit der genannten Flüssigkeit bis zu einem Niveau (25) zu füllen, welches mindestens das am höchsten gelegene Teil des Reaktorkerns (10) erreicht, und daß mindestens ein Transportweg (15) sich zwischen dem unteren Teil der Vertiefung (6) und dem Teil des Primärraumes (2) erstreckt, der über dem Flurglied (6) liegt.

2. Kernkraftreaktoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktorgefäß (9) in dem Primärraum (2) derart angeordnet ist, daß es sich nach unten in die Vertiefung (6) bis zu einem Niveau erstreckt, bei dem das am höchsten gelegene Teil des Reaktorkerns (10) unter dem Flurglied (5) in der Vertiefung (6) liegt.

3. Kernkraftreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (6) definiert wird durch ein Bodenteil (7) und ein Wandteil (8), welche die Vertiefung (6) vollständig gegenüber dem umgebenden Teil der Hülle (1) bis zu dem Niveau abgrenzt, auf welchem das Flurglied (5) angeordnet ist.

4. Kernkraftreaktoranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Transportweg (15) Einrichtungen zum Transport von Personen und Material enthält.

5. Kernkraftreaktoranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (1) auch einen Sekundärraum (3) umschließt, der von dem Primärraum (2) getrennt ist und unter dem Flurglied (5) liegt und für die Aufnahme eines Kühlmittels angeordnet ist.

6. Kernkraftreaktoranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kanal (23) vorhanden ist, der sich durch das Flurglied (5) erstreckt und den Primärraum (2) mit dem Sekundärraum (3) verbindet, und daß der genannten Kanal (23) eine Mündung hat, die in dem Sekundärraum (3) vorgesehen ist und so angeordnet ist, daß sie in dem genannten Kühlmittel liegt.

7. Kernkraftreaktoranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärraum (2) von außen über einen sich öffnen lassenden Transportweg (16, 17) zugänglich ist, der sich auf einem Niveau durch die Hülle (1) erstreckt, welches über dem Flurglied (5) liegt.

8. Kernkraftreaktoranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Reaktorkomponente (13, 14) vorhanden ist, die abgedichtet und sich öffnen lassend in einer durchgehenden Öffnung an einem Bodenteil des Reaktorgefäßes (9) vorgesehen ist.

9. Kernkraftreaktoranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der genannten Reaktorkomponente um mindestens eine Pumpeneinrichtung (14), die zur Rezirkulation von Flüssigkeit im Inneren des Reaktorgefäßes (9) angeordnet ist, und um ein Antriebsglied (13) handelt, welches zur Verschiebung eines Steuerstabes in den Reaktorkern (10) hinein oder aus diesem heraus zur Steuerung der Kernreaktion in dem Reaktorkern (10) angeordnet ist.

10. Kernkraftreaktoranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Deckelanordnung ein erster Deckel (21) gehört, der vorgesehen ist, um die obere Begrenzungswand (18) des Primärraumes (2) zu schließen, und ein zweiter Deckel (22) gehört, der vorgesehen ist, um das Reaktorgefäß (9) zu schließen.

11. Kernkraftreaktoranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (1) so beschaffen ist, daß sie während des Betriebes der Anlage und im abgeschaltetem Zustand der Anlage permanent gegenüber der Umgebung bis zur Höhe des genannten Niveaus geschlossen ist.