NO121243B

NO121243B -

Info

Publication number: NO121243B
Application number: NO13269159A
Authority: NO
Inventors: V Rusignuolo; A Fior; A Camerini
Original assignee: Montedison Spa; Ziegler K
Priority date: 1958-08-06
Filing date: 1959-08-04
Publication date: 1971-02-01
Also published as: ES251282A1; CH371587A

Description

A tom-reaktor. A empty reactor.

Foreliggende oppfinnelse angår atom-reaktorer, deriblant også små forsknings-reaktorer. The present invention relates to nuclear reactors, including small research reactors.

Det er vel kjent at det er nødvendig å benytte to slags styring av reaktiviteten i en atomreaktor, for det første en finstyring for bruk under normal drift for å opp-rettholde den ønskede utgangs-effekt, og for det annet hurtigstyring for raskt å nedsette reaktiviteten for avstengning av reaktoren i nødssituasjoner. It is well known that it is necessary to use two types of control of the reactivity in a nuclear reactor, firstly a fine control for use during normal operation to maintain the desired output power, and secondly a rapid control to quickly reduce the reactivity for shutting down the reactor in emergency situations.

Den førstnevnte styring, dvs. finstyringen, kan oppnås ved bevegelse av neutron-absorberende stenger inn i eller ut av reaktor-kjernen, ved bevegelse av deler av reflektoren, eller ved forandring av nivået av den moderator (hvis den er flytende) som inneholdes i reaktorkaret og som vir-ker som neutron-moderator. Styringen av moderatornivået og dermed kontrollen over neutronrefleksjonsvirkningen, henholdsvis reaktorens reaktivitet er hittil blitt gjen-nomført ved hjelp av pumper og rørlednin-ger med forholdsvis liten boring som kan avstenges ved hjelp av ventiler. The former control, i.e. the fine control, can be achieved by moving neutron-absorbing rods into or out of the reactor core, by moving parts of the reflector, or by changing the level of the moderator (if it is liquid) contained in the reactor vessel and which acts as a neutron moderator. The control of the moderator level and thus the control over the neutron reflection effect, respectively the reactivity of the reactor, has so far been carried out with the help of pumps and pipelines with a relatively small bore that can be shut off with the help of valves.

Det er nå utarbeidet et system som muliggjør at slike avstengnings-stenger kan utelates helt, hvorved den tilsvarende forholdsvis store fare for mekanisk svikt faller bort. Det har vist seg at det er mulig å fremskaffe en moderator styreanordning som tillater uttømming (tørrlegging) av moderatoren fra reaktorkjernen over i et egnet lagringsrom med tilstrekkelig stor hastighet til å bevirke den raske reduksjon av reaktiviteten som kreves ved en nødav-stengning. A system has now been devised which makes it possible for such shut-off rods to be omitted completely, whereby the corresponding relatively large risk of mechanical failure is eliminated. It has been shown that it is possible to provide a moderator control device which allows the depletion (drying) of the moderator from the reactor core into a suitable storage space at a sufficiently high speed to effect the rapid reduction of reactivity required in an emergency shutdown.

Foreliggende oppfinnelse omfatter således en atomreaktor som omfatter et re-aktorkar for spaltbart brensel omgitt av en flytende moderator og et lagringskammer for moderatoren anbragt under bunnen av reaktorkaret, og det særegne ved oppfinnelsen består i at en forbindelseskanal med stort tverrsnitt fører fra bunnen av reaktorkaret og inn i lagringskammeret på en slik måte at det dannes en fri moderatoroverflate med overløpskant, samt anordninger for opprettholdelse av et gasstrykk i lagringskammeret hvilket gasstrykk er større enn gasstrykket i reaktorkaret og bevirker at nivået på den flytende moderator i reaktorkaret holdes i omtrent konstant høyde. The present invention thus comprises a nuclear reactor which comprises a reactor vessel for fissionable fuel surrounded by a liquid moderator and a storage chamber for the moderator placed under the bottom of the reactor vessel, and the peculiarity of the invention is that a connection channel with a large cross-section leads from the bottom of the reactor vessel and into the storage chamber in such a way that a free moderator surface with an overflow edge is formed, as well as devices for maintaining a gas pressure in the storage chamber, which gas pressure is greater than the gas pressure in the reactor vessel and causes the level of the liquid moderator in the reactor vessel to be kept at an approximately constant height.

Forbindelseskanalen mellom reaktorkaret og moderatorlagringskammeret har fortrinnsvis i det vesentlige form av en ringformet fallkanal hvis nedre ende har U-formet tversnitt og er rettet oppad. The connecting channel between the reactor vessel and the moderator storage chamber is preferably essentially in the form of an annular drop channel whose lower end has a U-shaped cross-section and is directed upwards.

For finstyring av moderatornivået omfatter atomreaktoren i henhold til foreliggende oppfinnelse en ledning som forbinder den øvre del av reaktorkaret med den øvre del av lagringskammeret, pumpeanordninger for overføring av gass gjennom denne ledning fra reaktorkaret til lagringskammeret og en treveis styreventil i ledningen med en første stilling som forhindrer forbindelse mellom gass i reaktorkaret og i lagringskammeret, en annen stilling som gir forbindelse mellom gass i reaktorkaret og i lagringskammeret gjennom pum-peanordningen for derved å øke gassmengden i lagringskammeret og en tredje stilling som gir direkte forbindelse mellom gass i reaktorkaret og i lagringskammeret for derved å minske gassmengden i lagringskammeret. For fine control of the moderator level, the nuclear reactor according to the present invention comprises a line connecting the upper part of the reactor vessel with the upper part of the storage chamber, pump devices for transferring gas through this line from the reactor vessel to the storage chamber and a three-way control valve in the line with a first position which prevents connection between gas in the reactor vessel and in the storage chamber, another position that provides connection between gas in the reactor vessel and in the storage chamber through the pump device to thereby increase the amount of gas in the storage chamber and a third position that provides direct connection between gas in the reactor vessel and in the storage chamber for thereby reducing the amount of gas in the storage chamber.

På vedføyede tegninger er det skjematisk vist et eksempel på en atom-reaktor som er innrettet til å arbeide i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 viser et aksialt vertikalsnitt gjennom reaktoren, som omfatter såvel reaktorkaret som lagringskammeret. Fig. 2 viser forenklet og skjematisk reaktoren i fig. 1 og de underordnete deler for sirkulasjonen av moderatoren. Fig. 3 viser forenklet og skjematisk reaktoren i fig. 1 og de underordnete deler for sirkulasjonen av kjølevæsken. Fig. 4 viser en del av det system som er vist i fig. 2 i en endret utførelse. Fig. 5 viser en del av det system som er vist i fig. 2 i ennå en endret utførelse. Fig. 6 viser forenklet og skjematisk ennå en endret utførelse av reaktoren på samme måte som i fig. 2. Fig. 7 viser ventilen i systemet i fig. 6, i en annen stilling. Fig. 8 viser samme ventil i en tredje stilling. The attached drawings schematically show an example of a nuclear reactor which is arranged to work according to the present invention. Fig. 1 shows an axial vertical section through the reactor, which includes both the reactor vessel and the storage chamber. Fig. 2 shows a simplified and schematic diagram of the reactor in fig. 1 and the subordinate parts for the circulation of the moderator. Fig. 3 shows a simplified and schematic diagram of the reactor in fig. 1 and the subordinate parts for the circulation of the coolant. Fig. 4 shows part of the system shown in fig. 2 in a modified version. Fig. 5 shows part of the system shown in fig. 2 in yet another modified version. Fig. 6 shows a simplified and schematically yet another modified version of the reactor in the same way as in fig. 2. Fig. 7 shows the valve in the system in fig. 6, in a different position. Fig. 8 shows the same valve in a third position.

Mange av de deler som er vist er identiske og hvor det er mulig er de samme henvisningstall blitt brukt. Many of the parts shown are identical and where possible the same reference numbers have been used.

Det henvises først og fremst til fig. 1 hvor reaktorkjernen omfatter et vanlig sylindrisk skjermet trykk-kar 1, heretter betegnet reaktorkaret 1 med en rekke ver-tikale rør 2 hvori det er anbragt stenger 3 av spaltbart brensel (f. eks. uran). Dette er vist ved det gjennom-skårne rør 2 i fig. Reference is made primarily to fig. 1 where the reactor core comprises an ordinary cylindrical shielded pressure vessel 1, hereinafter referred to as the reactor vessel 1 with a series of vertical tubes 2 in which rods 3 of fissile fuel (e.g. uranium) are placed. This is shown by the cut-through tube 2 in fig.

3. Stengene 3 kan trekkes tilbake oppover inn i rør 2a. Rørene 2 strekker seg fra et nedre samlekammer 4 til et øvre samlekammer 5 hvorved kjølevæsken (f. eks. tungt-vann D2O) kan bringes til å strøm-me oppover gjennom hver av rørene 2 og rundt brenselstengene 3 ved hjelp av en pumpe 6 som også best kan ses i fig. 3. Kjø-levæsken strømmer på kjent måte fra det øvre samlekammer 5 gjennom ledninger 5a til en hoved-varme-utveksler 7 med vann-innløp 8, vanndamputløp 9 og sikkerhets-ventil 10. Kjølevæsken føres tilbake gjennom pumpen 6 til det nedre samlekammer 4 gjennom ledninger 4a. Dette kjølesystem som fører bort den varme som utvikles i reaktoren omfatter også en trykktank 11 for kjølevæske hvor den nedre del er forbundet med ledningen 5a gjennom en stru-peåpning 12. Den øvre del av tanken 12 er gjennom en ledning 13 forbundet med en ledning 32 som fører til den øvre del av reaktorkaret 1 for å vedlikeholde en trykk- 3. The rods 3 can be pulled back upwards into tube 2a. The pipes 2 extend from a lower collecting chamber 4 to an upper collecting chamber 5 whereby the cooling liquid (e.g. heavy water D2O) can be caused to flow upwards through each of the pipes 2 and around the fuel rods 3 by means of a pump 6 which can also best be seen in fig. 3. The coolant flows in a known manner from the upper collection chamber 5 through lines 5a to a main heat exchanger 7 with water inlet 8, steam outlet 9 and safety valve 10. The coolant is fed back through the pump 6 to the lower collection chamber 4 through wires 4a. This cooling system, which carries away the heat developed in the reactor, also includes a pressure tank 11 for coolant, the lower part of which is connected to the line 5a through a throat opening 12. The upper part of the tank 12 is connected to a line 32 through a line 13 which leads to the upper part of the reactor vessel 1 to maintain a pressure

balanse som skal bli beskrevet senere. Kjø-lesystemet kompletteres med en pumpe 14 for tilsetning av kjølevæske. Pumpen 14 tjener til å trekke tungt-vann gjennom ledningen 13a fra bunnen av et moderator-lagringskammer 15 som er anbragt under reaktorkaret 1, som omgir reaktorkjernen og til å tvinge dette tungt-vann opp i trykktanken 11 og derved å sikre at det alltid er tilstrekkelig kjølevæske. Overskudd kan løpe tilbake til reaktorkaret 1 gjennom ledningen 13. Da kjølevæsken og moderatoren er samme væske (DuO) vil det være praktisk å forbinde de to væske-systemer med hverandre. balance which will be described later. The cooling system is completed with a pump 14 for adding coolant. The pump 14 serves to draw heavy water through the line 13a from the bottom of a moderator storage chamber 15 which is placed under the reactor vessel 1, which surrounds the reactor core and to force this heavy water up into the pressure tank 11 and thereby ensure that it is always sufficient coolant. Surplus can run back to reactor vessel 1 through line 13. As the coolant and the moderator are the same liquid (DuO), it will be practical to connect the two liquid systems to each other.

Reaktorkaret 1 og moderatorlagringskammeret 15 er forbundet gjennom et par standrør 16 med forholdsvis liten boring som strekker seg nedover til bunnen av kammeret 15 fra en høyde i reaktorkaret 1 som tilsvarer moderatornivået i en slik reaktorkjerne når denne er omtrent 45 % full. En annen forbindelse mellom reaktorkaret 1 og lagringskammeret 15 utgjøres av en forbindelseskanal i form av en ringformet ledning 17 som strekker seg nedover og deretter er bøyet oppover og slutter i en ringformet åpning 18. Ledningen 17 kan betraktes som et omdreiningslegeme som er formet av et U-formet rør. Det er viktig The reactor vessel 1 and the moderator storage chamber 15 are connected through a pair of standpipes 16 with a relatively small bore that extend downwards to the bottom of the chamber 15 from a height in the reactor vessel 1 that corresponds to the moderator level in such a reactor core when it is approximately 45% full. Another connection between the reactor vessel 1 and the storage chamber 15 is constituted by a connection channel in the form of an annular line 17 which extends downwards and is then bent upwards and ends in an annular opening 18. The line 17 can be considered as a body of revolution which is shaped by a U -shaped tube. It is important

å legge merke til at ledningen 17 ikke er to notice that wire 17 is not

lukket på noen måte og at den utgjør en sammenhengende forbindelse med stort tverrsnitt mellom reaktorkaret 1 og moderatorlagringskammeret 15. closed in some way and that it constitutes a continuous connection with a large cross-section between the reactor vessel 1 and the moderator storage chamber 15.

Det er også anordnet et kjølesystem for moderatoren (tungt-vann) og dette kjølesystem består av ledninger 19 og 20 (se spesielt i fig. 2), en pumpe 21, en var-meutveksler 22 og en styreventil 23 som er anordnet i parallell med varmeutveks-leren. Lett vann (H2O) for kjøling av var-meutveksleren 22 føres til og fra varme-utveksleren 22 gjennom ledninger 24, henholdsvis 25. There is also a cooling system for the moderator (heavy water) and this cooling system consists of lines 19 and 20 (see especially in Fig. 2), a pump 21, a heat exchanger 22 and a control valve 23 which is arranged in parallel with the heat exchanger. Light water (H2O) for cooling the heat exchanger 22 is led to and from the heat exchanger 22 through lines 24, respectively 25.

Moderatornivået i reaktorkaret 1 sty-res ved hjelp av et par styrepumper 26 som trekker moderatorvæsken fra lagringskammeret 15 gjennom en ledning 27 og fører den tilbake til reaktorkaret 1 gjennom en ledning 28 som løper sammen med ledningen 19, idet en rekke parallellkoblete styreventiler 29 er anbragt i dette kretsløp. Dette utgjør en tredje forbindelse mellom reaktorkaret 1 og lagringskammeret 15. The moderator level in the reactor vessel 1 is controlled by means of a pair of control pumps 26 which draw the moderator liquid from the storage chamber 15 through a line 27 and lead it back to the reactor vessel 1 through a line 28 which runs together with the line 19, as a number of parallel-connected control valves 29 are arranged in this circuit. This constitutes a third connection between the reactor vessel 1 and the storage chamber 15.

Da kjølevæsken naturligvis må holdes under høyt trykk for å unngå at den koker (f. eks. ca. 84 kg/cm<2>), er det nødvendig å balansere dette trykk på innsiden av veggene i rørene 2 ved hjelp av et tilsvarende trykk utenfor rørene i reaktorkaret 1 og således i lagringskammeret 15. Dette trykk opprettholdes ved hjelp av helium hvis hovedmengde vanligvis, dvs. under drift av reaktoren, befinner seg over mo-deratormassen i lagringskammeret 15. Denne tilstand er vist i fig. 2 og 3. Helium vil også oppta rommet 30 over den fri overflate av moderatoren i reaktorkaret 1, og balansen mellom disse to deler av systemet opprettholdes ved hjelp av en pumpe 31 (fig. 2) som tjener til å trekke helium fra rommet 30 gjennom ledningen 32 og å føre dette helium gjennom en ledning 33 til moderatorlagringskammeret 15. En tøm-meventil 34 som er spesielt innrettet for rask omstilling og stor gjennomstrømming er anordnet i parallell med pumpen 31 mellom ledningene 32 og 33. I praksis kan det anordnes mere enn en tømmeventil i parallell som en sikring mot mekanisk svikt. As the coolant naturally has to be kept under high pressure to avoid it boiling (e.g. approx. 84 kg/cm<2>), it is necessary to balance this pressure on the inside of the walls of the pipes 2 by means of a corresponding pressure outside the pipes in the reactor vessel 1 and thus in the storage chamber 15. This pressure is maintained by means of helium, the main amount of which usually, i.e. during operation of the reactor, is above the moderator mass in the storage chamber 15. This condition is shown in fig. 2 and 3. Helium will also occupy the space 30 above the free surface of the moderator in the reactor vessel 1, and the balance between these two parts of the system is maintained by means of a pump 31 (fig. 2) which serves to draw helium from the space 30 through the line 32 and to lead this helium through a line 33 to the moderator storage chamber 15. An emptying valve 34, which is specially designed for quick switching and large flow through, is arranged in parallel with the pump 31 between the lines 32 and 33. In practice, more than a drain valve in parallel as a safeguard against mechanical failure.

Det kan tenkes at det kan bli mulig å unngå heliummassen og bare benytte damp som utvikles ved oppvarmning av moderatoren. Det som trenges er at det brukes en eller annen sort inert gass eller damp, dvs. en gass eller damp som både kjemisk og fysisk er inert eller mest mulig inert overfor de prosesser som foregår i reaktoren. It is conceivable that it may be possible to avoid the helium mass and only use steam that is developed by heating the moderator. What is needed is that some kind of inert gas or steam is used, i.e. a gas or steam that is both chemically and physically inert or as inert as possible to the processes taking place in the reactor.

De deler som er vist i fig. 1 omfatter også en lett-vann-reflektor som for enkel-hets skyld, er vist i form av en rørspiral 42 og en kjølekappe 43 hvor det også brukes lettvann og som delvis omgir rørene 2a. Annet kjent tilbehør anbringes hvor det er nødvendig, som f. eks. en sikkerhetsven-til 48 forbundet til lagringskammeret 15. Disse deler er stort sett utelatt for å gjøre tegningen klarere. The parts shown in fig. 1 also includes a light-water reflector which, for the sake of simplicity, is shown in the form of a pipe spiral 42 and a cooling jacket 43 where light water is also used and which partially surrounds the pipes 2a. Other known accessories are placed where necessary, such as e.g. a safety pin 48 connected to the storage chamber 15. These parts are largely omitted to make the drawing clearer.

Ved normal drift vil moderatornivået være omtrent som vist i fig. 2 og 3. Heliumovertrykket i lagringskammeret 15, som frembringes ved hjelp av pumpen 31 tjener til å holde moderatorvæsken tilbake i reaktorkaret 1, idet heliumet er i berøring med den stabile fri væskeoverflate i ledningen 17 nær bukten i denne. I praksis er forskjellen i heliumtrykk mellom lagringskammeret 15 og rommet 30 noe større enn det som kreves for å holde moderatoren i reaktorkaret 1, slik at heliumet vil boble sakte gjennom bukten i ledningen 17 og opp gjennom moderatorvæsken i karet 1 til rommet 30. In normal operation, the moderator level will be approximately as shown in fig. 2 and 3. The helium overpressure in the storage chamber 15, which is generated with the help of the pump 31, serves to keep the moderator liquid back in the reactor vessel 1, the helium being in contact with the stable free liquid surface in the line 17 near the bay in it. In practice, the difference in helium pressure between the storage chamber 15 and the room 30 is somewhat greater than that required to keep the moderator in the reactor vessel 1, so that the helium will bubble slowly through the bay in the line 17 and up through the moderator liquid in the vessel 1 to the room 30.

Samtidig vil det være en sakte uttøm-ming av moderator fra reaktorkaret 1 gjennom standrørene 16 til lagringskammeret 15, stadig kompensert ved at en mengde moderator pumpes tilbake til reaktorkaret 1 ved hjelp av pumpene 26. Styring av moderatornivået i reaktorkaret 1 vil derved være avhengig av innstillingen av styreventilene 29 som etter ønske kan reguleres på over- eller underkompensering av tøm-mingen gjennom standrørene 16 eller på opprettholdelse av nøyaktig konstant nivå. I praksis vil det være stadige små foran-dringer i moderatornivået på grunn av variasjon i reaktivitet av forskjellige grun-ner. Styreventilene 29 er således den primære finstyring av moderatornivået og vil derfor bli brukt for den innstilling av dette nivå som er nødvendig for å holde reaktiviteten (den såkaldte multiplikasjons-faktor k) for reaktorkjernen ved eller nær den kritiske verdi. Den kritiske verdi er den spesifikke reaktivitet hvor utgangseffek-ten er konstant. At the same time, there will be a slow depletion of moderator from the reactor vessel 1 through the standpipes 16 to the storage chamber 15, constantly compensated by a quantity of moderator being pumped back to the reactor vessel 1 with the help of the pumps 26. Control of the moderator level in the reactor vessel 1 will thereby depend on the setting of the control valves 29 which, as desired, can be adjusted to overcompensate or undercompensate the emptying through the standpipes 16 or to maintain a precisely constant level. In practice, there will be constant small changes in the moderator level due to variation in reactivity for various reasons. The control valves 29 are thus the primary fine control of the moderator level and will therefore be used for the setting of this level which is necessary to keep the reactivity (the so-called multiplication factor k) for the reactor core at or close to the critical value. The critical value is the specific reactivity where the output power is constant.

Ekstra finstyring reaktiviteten for reaktorkjernen kan opnås ved å endre tem-peraturen for moderatoren, idet denne tem-peraturstyring oppnåes ved hjelp av ventilen 23 som tjener til etter behov å slippe mer eller mindre moderator forbi varme-veksleren 22. Denne sekundære finstyring er langsommere enn den primære finstyring på grunn av de varmekapasiteter som deltar, og den benyttes vanligvis ikke ved normal drift for kort-tids styring. Verdien av denne sekundære finstyring skal for-klares nedenfor. Additional fine-tuning of the reactivity for the reactor core can be achieved by changing the temperature of the moderator, as this temperature control is achieved by means of the valve 23 which serves to let more or less moderator past the heat exchanger 22 as needed. This secondary fine-tuning is slower than the primary fine control due to the heat capacities involved, and it is not usually used in normal operation for short-term control. The value of this secondary fine-tuning will be explained below.

Når som helst en nødavstegning skulle være nødvendig vil den bli utført ved rask åpning av tømmeventilen 34. Følgen er at heliumovertrykket i lagringskammeret 15 straks vil forsvinne, slik at moderatoren ved sin egenvekt vil begynne å strømme raskt og fullstendig uhindret ut av reaktorkaret 1 og gjennom den vide ledning 17 og åpningen 18 inn i lagringskammeret 15. Størrelsen av kammeret 15 vil være tilstrekkelig til å oppta omtrent halvdelen av moderatoren i tillegg til all primærkjøle-væske og vil således sørge for halv tøm-ming av reaktorkaret 1 selv ved brudd på et rør 2 slik at primærkjølevæske strøm-mer inn i karet 1. Normalt, uten noe tap av kjølevæske, vil reaktorkaret 1 tømmes ned til det er omtrent ys fylling før lagringskammeret 15 er fullt. Whenever an emergency shutdown should be necessary, it will be carried out by quickly opening the drain valve 34. The consequence is that the helium overpressure in the storage chamber 15 will immediately disappear, so that the moderator will, by its own weight, begin to flow quickly and completely unhindered out of the reactor vessel 1 and through the wide line 17 and the opening 18 into the storage chamber 15. The size of the chamber 15 will be sufficient to occupy approximately half of the moderator in addition to all primary coolant and will thus ensure half emptying of the reactor vessel 1 even in the event of a breach pipe 2 so that primary coolant flows into the vessel 1. Normally, without any loss of coolant, the reactor vessel 1 will be emptied down until it is approximately ys full before the storage chamber 15 is full.

Plutselig uttømming av moderatoren fra reaktorkjernen vil raskt øke forholdet mellom størrelsen av overflaten av moderatoren (den effektive del av reaktoren) og moderatorvolumet (og dermed også volumet av effektiv brensel, idet kjedereak-sjonen ikke kan fortsette i brensel som ikke er omgitt av moderator). Da dette forhold mellom overflate og volum er (om-vendt) bestemmende for reaktiviteten for reaktoren dvs. det gjennomsnittlige antall neutroner som fremstilles for hver neutron som går tapt (ved absorbsjon eller lekka-sje), kan reaktiviteten raskt reduseres til under enhetsverdien. Når først reaktiviteten er bragt under enhetsverdien kan det ikke finne sted noen opprettholdende re-aksjon. Sudden depletion of the moderator from the reactor core will quickly increase the ratio between the size of the surface of the moderator (the effective part of the reactor) and the moderator volume (and thus also the volume of effective fuel, as the chain reaction cannot continue in fuel that is not surrounded by moderator) . As this ratio between surface and volume is (inversely) determining the reactivity for the reactor, i.e. the average number of neutrons produced for each neutron that is lost (by absorption or leakage), the reactivity can quickly be reduced to below the unity value. Once the reactivity is brought below the unity value, no sustaining reaction can take place.

Det er beregnet at en reaktor som er bygget opp i henhold til foreliggende oppfinnelse vil virke på følgende måte: It is calculated that a reactor built in accordance with the present invention will work in the following way:

Den beregnete maksimale tømmehas-tighet for moderatoren vil være 1,3 mV sek. The calculated maximum discharge rate for the moderator will be 1.3 mV sec.

Som nevnt ovenfor tjener styring av moderatortemperaturen som en ekstra As mentioned above, control of the moderator temperature serves as an additional

styring av reaktiviteten. Muligheten for å variere moderatortemperaturen gjør at reaktorkaret ved normal drift, dvs. med forholdsvis varm moderator, kan være fullt eller omtrent fullt og derved gi mer fullstendig utnyttelse av brenselet med tilsvarende optimale utgangseffekt. På den annen side gjør anordningen det mulig å sette i gang med kold moderator. En kold moderator er mer effektiv for bremsing av neutroner enn en varm moderator og vil således øke reaktiviteten fortere pr. volum-enhet av moderator som pumpes inn i reaktorkaret enn en varm moderator. Anordninger, som ikke er vist, kan lett anbringes for automatisk regulering av styreventilen 23 for kjølingen av moderatoren, i overensstemmelse med moderatornivået i kjernekaret. control of the reactivity. The possibility of varying the moderator temperature means that during normal operation, i.e. with a relatively warm moderator, the reactor vessel can be full or nearly full and thereby provide more complete utilization of the fuel with a correspondingly optimal output. On the other hand, the device makes it possible to start with a cold moderator. A cold moderator is more effective for braking neutrons than a hot moderator and will thus increase the reactivity faster per unit volume of moderator pumped into the reactor vessel than a hot moderator. Devices, which are not shown, can easily be provided for automatic regulation of the control valve 23 for the cooling of the moderator, in accordance with the moderator level in the core vessel.

Mulighet for igangsetting med kold moderator er en vesentlig fordel for å over-vinne den vanskelighet som skyldes økende xenon-forgiftning. Xenon 135 er et meget effektivt forgiftningsmiddel, dvs. et stoff som vil nedsette reaktiviteten, og er ett av de indirekte spaltningsprodukter av uran 235 og andre spaltbare materialer dannet av spaltingsproduktet jod 135. Ved vanlig drift vil mengden av xenon i reaktorkjernen nå et forholdsvis lavt nivå med like-vekt mellom nydannelse og tap på grunn av naturlig radioaktiv omvandling og neu-tronabsorbsjon og denne mengde xenon er ikke så stor at den kan hindre reaksjonen. Ved avstenging forsvinner imidlertid omtrent alle fri neutroner, som det før var en ganske stor mengde av, slik at ødeleggelsen av xenon 135 som nå bare skjer ved tap grunnet naturlig radioaktiv omvandling skjer meget saktere. På den annen side finner frembringelsen av xenon 135 fort-satt sted fra det jod 135 som fremdeles er tilstede i brenslet, selv om det skjer med minskende hastighet fordi ikke jodet blir fornyet, og følgelig stiger nivået av xenon 135 raskt. Dette fenomen kan resultere i «forgiftning» av reaktoren som gjør det fullstendig umulig å sette reaktoren i gang i så lang tid som en til to dager, og er en vanlig foreteelse hvis avstengningen har vart i mer enn omtrent en time. Det vari-able kjølesystem for moderatoren, som ut-gjør en del av foreliggende oppfinnelse, gjør det mulig å oppnå særlig høy begyn-nelsereaktivitet ved igangsetting og bevirker således at det kan tillates vesentlig lengere avstenging fordi en større grad for forgiftning kan tåles. Når først reaktoren er satt igang forsvinner xenon-forgiftnin-gen fort, idet den høye neutronmengde som straks dannes ved driften av reaktoren snart reduserer xenon-nivået. The possibility of starting with a cold moderator is a significant advantage to overcome the difficulty caused by increasing xenon poisoning. Xenon 135 is a very effective poison, i.e. a substance that will reduce reactivity, and is one of the indirect fission products of uranium 235 and other fissionable materials formed from the fission product iodine 135. During normal operation, the amount of xenon in the reactor core will reach a relatively low level with equilibrium between new formation and loss due to natural radioactive conversion and neutron absorption and this amount of xenon is not so great that it can prevent the reaction. When switched off, however, almost all free neutrons disappear, of which there used to be quite a large amount, so that the destruction of xenon 135, which now only occurs by loss due to natural radioactive conversion, occurs much more slowly. On the other hand, the production of xenon 135 continues to take place from the iodine 135 which is still present in the fuel, although it occurs at a decreasing rate because the iodine is not renewed, and consequently the level of xenon 135 rises rapidly. This phenomenon can result in "poisoning" of the reactor making it completely impossible to start the reactor for as long as one to two days, and is a common occurrence if the shutdown has lasted more than about an hour. The variable cooling system for the moderator, which forms part of the present invention, makes it possible to achieve a particularly high initial reactivity at start-up and thus means that a significantly longer shutdown can be permitted because a greater degree of poisoning can be tolerated. Once the reactor has been started, the xenon poisoning disappears quickly, as the high amount of neutrons that is immediately formed during the operation of the reactor soon reduces the xenon level.

Det har i praksis vist seg å være for-delaktig å heve reaktiviteten delvis opp mot den kritiske verdi under avstengningen etter en innledende minsking av reaktiviteten. Herved minskes det reaktivitetsområde som reaktoren må gj ennomløpe under igangsetting, men mer viktig er det at det min-sker faren for en plutselig reaktivitetsøk-ing som eventuelt kan resultere i at styringen mistes. Det oppnås derved at puste-rom hvori en uventet reaktivitetsøkning kan bli oppdaget og holdt tilbake. In practice, it has proven to be advantageous to partially raise the reactivity towards the critical value during shutdown after an initial reduction in reactivity. This reduces the reactivity range that the reactor must pass through during start-up, but more importantly, it reduces the risk of a sudden increase in reactivity which could possibly result in a loss of control. This results in breathing space in which an unexpected increase in reactivity can be detected and contained.

Den viktigste praktiske fordel ved foreliggende anordning er den store sikkerhet den gir. Anordningen er slik at de mest sansynlige feil vil søke å nedsette reaktiviteten. Hvis f. eks. pumpene 26 skulle stoppe vil moderatoren automatisk tøm-mes fra kjernen. Hvis pumpen 21 skulle stoppe vil moderatortemperaturen stige og også dette vil redusere reaktiviteten. På samme måte, vil overskuddstrykket i lagringskammeret 15 forsvinne og moderatoren tømmes hvis heliumpumpen 31 skulle stoppe. The most important practical advantage of the present device is the great security it provides. The arrangement is such that the most likely faults will seek to reduce the reactivity. If e.g. should the pumps 26 stop, the moderator will automatically be emptied from the core. If the pump 21 were to stop, the moderator temperature would rise and this too would reduce the reactivity. In the same way, the excess pressure in the storage chamber 15 will disappear and the moderator will be emptied if the helium pump 31 were to stop.

En videre sikkerhet som oppfinnelsen gir er det store tverrsnitt av åpningen 18 og ledningen 17 som forbinder moderatoren i kjernen med lagringskammeret. Denne åpning kan ikke lukkes utenfra, og de store dimensjoner sammen med fordelin-gen rundt hele omkretsen av kjernen reduserer muligheten sterkt for en forstop-pelse i ledningen i tilfelle mekanisk svikt som kan forårsake at deler av reaktoren løsner inne i karet. A further security that the invention provides is the large cross-section of the opening 18 and the line 17 which connects the moderator in the core with the storage chamber. This opening cannot be closed from the outside, and the large dimensions together with the distribution around the entire circumference of the core greatly reduce the possibility of a blockage in the line in the event of a mechanical failure which could cause parts of the reactor to loosen inside the vessel.

Videre kan det ses at det er umulig å tvinge moderator fra lagringskammeret til reaktorkjernen ved en for stor forskjell i heliumtrykk. Hvis det skulle foreligge en slik forskjell ville den bare resultere i at helium bobler opp gjennom ledningen 17 for tilslutt å finne veien til rommet 30. Furthermore, it can be seen that it is impossible to force the moderator from the storage chamber to the reactor core if there is too great a difference in helium pressure. If such a difference were to exist, it would only result in helium bubbling up through line 17 to finally find its way to room 30.

Den feiltype som muligens er farligst er svikt i primærkjølevæsken. Svikt i denne kjølevæske, bare i noen få sekunder, kan vise seg å være tilstrekkelig til at uran-stengene 3 bringes til å smelte. Selv om en svikt i kjølevæskepumpen 6 ikke automatisk réduserer reaktiviteten, kan kjølesy-stemet med fordel forbindes med tømme-ventilen 34, slik at mekanisk svikt, for høy temperatur eller for høyt trykk i kjølesy-stemet straks vil åpne ventilen 34. The type of failure that is possibly the most dangerous is failure of the primary coolant. Failure of this coolant, just for a few seconds, may prove to be sufficient to cause the uranium rods 3 to melt. Even if a failure of the coolant pump 6 does not automatically reduce the reactivity, the cooling system can advantageously be connected to the drain valve 34, so that mechanical failure, too high a temperature or too high a pressure in the cooling system will immediately open the valve 34.

I den utformning som er beskrevet, hvor samme væske brukt som kjølevæske og som moderator, blir trykkbalansen mellom de to uavhengige systemer, dvs. kjøle-systemet og moderatorsystemet, opprettholdt ved hjelp av pumpen 14 og utjev-ningsrøret 13. Pumpen 14 presser en liten mengde moderator, som trekkes fra bunnen av lagringskammeret 15 opp gjennom ledningen 13a inn i kjølevæske-trykktanken 11, idet heliumtrykket i rommet 30 samtidig, gjennom ledningen 13, overføres til den øvre del av tanken 11. Et eventuelt overskudd av tungt-vann i trykktanken 11 kan tømmes tilbake til reaktorkjernen gjennom ledningen 13. In the design described, where the same liquid is used as coolant and as moderator, the pressure balance between the two independent systems, i.e. the cooling system and the moderator system, is maintained by means of the pump 14 and the equalization pipe 13. The pump 14 presses a small amount of moderator, which is drawn from the bottom of the storage chamber 15 up through the line 13a into the coolant pressure tank 11, as the helium pressure in the room 30 is simultaneously, through the line 13, transferred to the upper part of the tank 11. Any excess of heavy water in the pressure tank 11 can be emptied back to the reactor core through line 13.

Fig. 4 viser en modifisert anordning for finstyring av moderatornivået. Ved denne anordning unngås standrørene 16. Fig. 4 shows a modified device for fine-tuning the moderator level. With this device, the standpipes 16 are avoided.

Ledningen 27 som fører fra bunnen av kammeret 15 er forbundet med både en pumpe 35 og en side av en ventil 38, idet de andre sider av pumpen og ventilen er forbundet med hverandre og er ført til ledningen 28 som gjennom ledningen 19 fører tilbake til karet 1. Pumpen 35 er innrettet til å pumpe moderator i et lukket kretsløp gjennom seg selv og ventilen 38, som vist ved hjelp av pilen 39. Den tjener også til å pumpe moderator i et adskilt hydraulisk kretsløp slik som vist ved hjelp av pilen 40, dvs. fra ledningen 27 til ledningen 28. På grunn av strømmen gjennom ventilen 38 forårsakes en strøm i et tredje kretsløp fra ledningen 28 gjennom ventilen 38 til ledningen 27 (pilen 41). Hvis åpningen av ventilen 38 økes øker strøm-mene i det kretsløp som er angitt ved hjelp av pilene 39 og 41, mens den strøm som er angitt ved hjelp av pilen 40 minskes. En stor åpning av ventilen 38 vil således virke til å tømme moderator fra reaktorkaret 1 mens en liten åpning av ventilen 38 vil tjene til å pumpe ekstra moderator inn i reaktorkaret 1, idet strøm-men 1 kretsløp 40 da er overveiende. Et slikt reversibelt pumpesystem fjerner be-hovet for den konstante tømming av moderator ved hjelp av standrørene 16, men gjør det allikevel ikke nødvendig å stoppe eller vende retningen for pumpen. The line 27 that leads from the bottom of the chamber 15 is connected to both a pump 35 and one side of a valve 38, the other sides of the pump and the valve being connected to each other and is led to the line 28 which through the line 19 leads back to the tub 1. Pump 35 is arranged to pump moderator in a closed circuit through itself and valve 38, as shown by arrow 39. It also serves to pump moderator in a separate hydraulic circuit as shown by arrow 40, ie from line 27 to line 28. Due to the current through valve 38, a current is caused in a third circuit from line 28 through valve 38 to line 27 (arrow 41). If the opening of valve 38 is increased, the currents in the circuit indicated by arrows 39 and 41 increase, while the current indicated by arrow 40 decreases. A large opening of the valve 38 will thus act to empty the moderator from the reactor vessel 1, while a small opening of the valve 38 will serve to pump additional moderator into the reactor vessel 1, since current 1 circuit 40 is then predominant. Such a reversible pump system removes the need for the constant emptying of moderator by means of the standpipes 16, but still does not make it necessary to stop or reverse the direction of the pump.

En tredje mulighet for finstyring av strømmen av moderator mellom reaktorkaret 1 og lagringskammeret 15 er vist i fig. 5. Her blir moderatorkjølepumpen 44 som nå er anbragt på nedstrømsiden av varmeutevksleren 22 brukt til å styre opp-strømmen av moderator fra lagringskammeret 15 til karet 1. Dette oppnås ved hjelp av en ledning 45 som strekker seg fra inn-løpssiden av pumpen 44 til bunnen av kammeret 15. Hvis det antas at det er et trykk på ca. 84 kg/cm- i rommet 30 over moderatoren i reaktorkaret 1, vil det være et trykk på omtrent 85 kg/cm<2> på bunnen av reaktorkaret 1 hvor ledningen 19 er tilknyttet og omtrent det samme trykk ved bunnen av lagringskammeret 15. Trykket ved innløps-siden av pumpen 44 vil imidlertid være ca. 82 kg/cm<2> på grunn av trykkfallet i var-meutveksleren 22. Det er således en trykk-forskjell på ca. 1,7 kg/cm<2> mellom endene av ledningen 45, og moderator vil følgelig strømme oppover fra kammeret 15. Stand-rørene 16 beholdes for å gi den stadige tømming i motsatt retning og styring av moderatornivået i reaktorkaret 1 utføres ved hjelp av en ventil 46 i ledningen 45. A third possibility for fine-tuning the flow of moderator between the reactor vessel 1 and the storage chamber 15 is shown in fig. 5. Here, the moderator cooling pump 44, which is now placed on the downstream side of the heat exchanger 22, is used to control the upward flow of moderator from the storage chamber 15 to the vessel 1. This is achieved by means of a line 45 which extends from the inlet side of the pump 44 to the bottom of the chamber 15. If it is assumed that there is a pressure of approx. 84 kg/cm- in the space 30 above the moderator in the reactor vessel 1, there will be a pressure of approximately 85 kg/cm<2> at the bottom of the reactor vessel 1 where the line 19 is connected and approximately the same pressure at the bottom of the storage chamber 15. The pressure at the inlet side of the pump 44 will however be approx. 82 kg/cm<2> due to the pressure drop in the heat exchanger 22. There is thus a pressure difference of approx. 1.7 kg/cm<2> between the ends of the line 45, and the moderator will consequently flow upwards from the chamber 15. The stand pipes 16 are retained to provide constant emptying in the opposite direction and control of the moderator level in the reactor vessel 1 is carried out by means of a valve 46 in the line 45.

Nok en fremgangsmåte for finstyring av moderatornivået i reaktorkaret 1 er vist i figurene 6—8. Ved de fremgangsmåter som er beskrevet ovenfor er finstyringen oppnådd ved hjelp av et pumpesystem som overfører moderator fra lagringskammeret 15 til reaktorkaret 1, idet det er sørget for motsatt rettet strøm enten gjennom stand-rørene 16 (figurene 2 og 5) eller gjennom selve pumpesystemet (fig. 4). Another method for fine-tuning the moderator level in reactor vessel 1 is shown in Figures 6-8. In the methods described above, the fine control is achieved with the help of a pump system that transfers the moderator from the storage chamber 15 to the reactor vessel 1, with provision for oppositely directed flow either through the stand pipes 16 (figures 2 and 5) or through the pump system itself ( Fig. 4).

Ved hjelp av den fremgangsmåte som nå skal beskrives utøves en finstyring av moderatornivået ved hjelp av heliumtrykksystemet. Hele moderatoren i lagringskammeret 15 under reaktorkaret 1 blir trukket ved hjelp av en pumpe 26 gjennom en ledning 27 for å føres tilbake til reaktorkaret 1 gjennom ledningen 28. I foreliggende tilfelle kommer moderatoren imidlertid inn i reaktorkaret 1 nær toppen av dette. Som før omfatter heliumtrykksystemet en ledning 32 som fører fra den øvre del av reaktorkaret 1, en ledning 33 som står i for- By means of the method that will now be described, a fine control of the moderator level is carried out by means of the helium pressure system. The entire moderator in the storage chamber 15 below the reactor vessel 1 is drawn by means of a pump 26 through a line 27 to be returned to the reactor vessel 1 through the line 28. In the present case, however, the moderator enters the reactor vessel 1 near the top thereof. As before, the helium pressure system comprises a line 32 that leads from the upper part of the reactor vessel 1, a line 33 that stands in front of

bindelse med den øvre del av lagringskam- connection with the upper part of the storage chamber

meret 15, og en pumpe 31 og ventil 34 anordnet i parallell mellom disse to lednin- moret 15, and a pump 31 and valve 34 arranged in parallel between these two lines

ger. I tillegg hertil er det i foreliggende anordning en treveis styreventil 47 som er anordnet enten for å hindre forbindelse mellom ledningene 32 og 33, fig. 6, for å forbinde pumpen 31 med ledningen 33, fig. gives. In addition to this, in the present device there is a three-way control valve 47 which is arranged either to prevent connection between the lines 32 and 33, fig. 6, to connect the pump 31 with the line 33, fig.

7, eller for å forbinde ledningene 32 og 33 direkte med hverandre, fig. 8. 7, or to connect the wires 32 and 33 directly to each other, fig. 8.

I de anordninger som er vist i fig. 2, 4 In the devices shown in fig. 2, 4

og 5, er det alltid opprettholdt et lite helium-overtrykk i lagringskammeret 15, og følgen er en stadig bobling rundt kanalen 17 og opp gjennom selve moderatoren i reaktorkaret 1 og tilbake igjen gjennom heliumpumpen 31. I den anordning som er vist i fig. 6—8, finner det motsatte sted, and 5, a small helium overpressure is always maintained in the storage chamber 15, and the result is a constant bubbling around the channel 17 and up through the moderator itself in the reactor vessel 1 and back again through the helium pump 31. In the device shown in fig. 6—8, finds the opposite place,

idet det der er en langsom men stadig drypping av moderator ned gjennom ka- as there is a slow but steady trickle of moderator down through the

nalen 17 inn i lagringskammeret 15. Mode- the tweezer 17 into the storage chamber 15. Mode-

rator blir stadig pumpet opp inn i reaktorkaret 1 ved hjelp av pumpen 26 med konstant levering og nivået av moderatoren som opprettholdes i karret 1 bestemmes av drypp-mengden. Denne blir på sin side be- The moderator is constantly pumped up into the reactor vessel 1 by means of the constant delivery pump 26 and the level of moderator maintained in the vessel 1 is determined by the drip rate. This, in turn, is be-

stemt av det relative heliumtrykk mellom lagringsrommet 15 og den øvre del av karet 1. Hvis styreventilen 47 holdes i sin lukkede midtre stilling, fig. 6, hvor den hindrer enhver normal forbindelse mellom ledningene 32 og 33, vil mengden av helium i lagringskammeret 15 holde seg konstant slik at systemet vil nå en likevektstilstand med den mengde moderator som pumpes opp ved hjelp av pumpen 26 dryppende tilbake til lagringskammeret 15 gjennom kanalen 17 og nivået i reaktorkaret 1 hol- tuned by the relative helium pressure between the storage space 15 and the upper part of the vessel 1. If the control valve 47 is held in its closed middle position, fig. 6, where it prevents any normal connection between the lines 32 and 33, the amount of helium in the storage chamber 15 will remain constant so that the system will reach an equilibrium state with the amount of moderator pumped up by the pump 26 dripping back to the storage chamber 15 through the channel 17 and the level in the reactor vessel 1 hol-

der seg konstant. Hvis helium-styreven- there constantly. If the helium controller

tilen 47 dreies til den stilling som er vist i fig. 7 slik at det pumpes mer helium fra reaktorkaret 1 inn i lagringskammeret 15, the tiller 47 is turned to the position shown in fig. 7 so that more helium is pumped from the reactor vessel 1 into the storage chamber 15,

vil dryppmengden kortvarig nedsettes og væskenivået for moderatoren i reaktor- the drip quantity will be briefly reduced and the liquid level for the moderator in the reactor

karet 1 vil stige. Såsnart ventilen 47 dreies tilbake til sin midtstilling vil det foreligge en ny likevektstilstand idet dryppmengden igjen er lik pumpeleveringen og moderatornivået holder seg konstant på en ny verdi. Hvis, på et eller annet tidspunkt, den mengde helium som pumpes inn i lagringskammeret 15 overstiger den mengde moderator som pr. tidsenhet pumpes inn i reaktorkaret 1 ved hjelp av pumpen 26, vil overskuddet av helium helt enkelt koble opp gjennom kanalen 17 slik som i de tid- vessel 1 will rise. As soon as the valve 47 is turned back to its middle position, a new state of equilibrium will exist as the drip quantity is again equal to the pump delivery and the moderator level remains constant at a new value. If, at one point or another, the amount of helium that is pumped into the storage chamber 15 exceeds the amount of moderator that per time unit is pumped into the reactor vessel 1 by means of the pump 26, the excess helium will simply connect up through the channel 17 as in the time

ligere anordninger. Når helium-styreven- other devices. When the helium controller

tilen 47 dreies til den stilling som er vist i fig. 8, vil helium kunne unnslippe lang- the tiller 47 is turned to the position shown in fig. 8, helium will be able to escape long-

somt fra lagringskammeret 15 inn øverst i reaktorkaret 1 slik at moderatornivået i such as from the storage chamber 15 into the top of the reactor vessel 1 so that the moderator level i

dette kar vil synke inntil styreventilen 47 this vessel will sink to the control valve 47

dreies tilbake til sin midtstilling. Steng- is rotated back to its center position. Close-

ning i nødstilfelle vil foregå på nøyaktig samme måte som i de tidligere anordnin- in case of emergency will take place in exactly the same way as in the previous devices

ger ved rask tømning av moderatoren inn i lagringskammeret 15 etter åpning av ven- by quickly emptying the moderator into the storage chamber 15 after opening the

tilen 34. until the 34th.

Til slutt skal det bemerkes at fig. 6 Finally, it should be noted that fig. 6

viser en litt annen utførelse av tømme-kanalen 17. Den danner bendet av et U-formet rør og funksjonerer på nøyaktig samme måte som i de tidligere utførelser, shows a slightly different embodiment of the discharge channel 17. It forms the bend of a U-shaped tube and functions in exactly the same way as in the previous embodiments,

men er innrettet til å dryppe radialt utover istedet for innover, en funksjon som letter den konstruktive utførelse av delene og som spesielt gjør det mulig å la den bukt av U-røret som vender nedover utgjøres av gulvet 48 i reaktorkaret 1 og av en opp-stående kant på omkretsen av dette gulv. but is arranged to drip radially outwards instead of inwards, a function which facilitates the constructive execution of the parts and which in particular makes it possible to let the bay of the U-tube which faces downwards be made up of the floor 48 of the reactor vessel 1 and of an up- standing edge on the perimeter of this floor.

Claims

1. Nuclear reactor comprising a reactor vessel for fissile fuel surrounded by a liquid moderator and a storage chamber for the moderator placed under the bottom of the reactor vessel, characterized in that a connection channel with a large cross-section leads from the bottom of the reactor vessel into the storage chamber in such a way that a free moderator surface with an overflow edge is formed in the channel, as well as devices for maintaining a gas pressure in the storage chamber, which gas pressure is greater than the gas pressure in the reactor vessel and causes the level of the liquid moderator in the reactor vessel to be kept at an approximately constant height.

2. Nuclear reactor as stated in claim 1, characterized in that the connection channel between the reactor vessel and the moderator storage chamber essentially has the form of an annular drop channel whose lower end has a U-shaped cross-section and is directed upwards.

3. Nuclear reactor as stated in claim 1

or 2, characterized in that for fine control of the moderator level it comprises a line connecting the upper part of the reactor vessel with the upper part of the storage chamber, pump devices for transferring gas through this line from the reactor vessel to the storage chamber and a three-way control valve in the line with a first position which prevents connection between gas in the reactor vessel and in the storage chamber, another position which provides connection between gas in the reactor vessel and in the storage chamber through the pump device in order to thereby increase the amount of gas in the storage chamber and a third position which provides direct connection between gas in the reactor vessel and in the storage chamber to thereby reduce the amount of gas in the storage chamber.