NO134918B

NO134918B -

Info

Publication number: NO134918B
Application number: NO241770A
Authority: NO
Inventors: G Goy
Original assignee: Chavanoz Sa
Priority date: 1969-07-15
Filing date: 1970-06-22
Publication date: 1976-09-27
Also published as: FR2054479B1; DK139593C; NL164621B; AT305190B; NL164621C; SE374568B; DK139593B; LU61326A1; CH525989A; NL7009582A; BE752673A; GB1308251A; DE2035180A1; NO134918C; DE2035180B2; FR2054479A1

Description

Understøttelse for atomreaktorbeholder. Nuclear reactor vessel support.

Denne oppfinnelse vedrører en kom- This invention relates to a com-

binert understøttelse for atomreaktorbeholder, strålingsskjerm og beholderkonstruksjon. binary support for nuclear reactor vessel, radiation shield and vessel construction.

Det tenkbart værste uhell som kan skje The worst accident imaginable that could happen

ved en atomreaktor, er et brudd på reak-tortrykkbeholderen eller en av reaktorens hovedkjølemiddel-ledninger med derav følgende eksotermiske, kjemiske reaksjo- in the case of a nuclear reactor, a break in the reactor pressure vessel or one of the reactor's main coolant lines with consequent exothermic, chemical reactions

ner mellom brenslet og kjølemidlet, mode-ratoren eller andre materialer som befin- between the fuel and the coolant, the moderator or other materials that

ner seg i nærheten. Den energi som ville frigjøres ved et sådant uhell, ville bli tem- settle down nearby. The energy that would be released in such an accident would be tem-

melig høy, hovedsakelig avhengig av kjøle-midlets mengde og maksimaltemperatur; slightly high, mainly depending on the amount of refrigerant and the maximum temperature;

også betydelige mengder damp ville dan- also significant amounts of steam would form

nes, som omfatter gassformige spaltnings-produkter, f. eks. halogener og edelgasser. nes, which include gaseous decomposition products, e.g. halogens and noble gases.

For å hindre frigjøring av sådanne giftige produkter som følge av uhell av denne art, er der blitt bygget store trykk-beholdere i konvensjonell sfærisk eller sylindrisk form som sikkerhetsbeholdere om atomreaktoren og i det minste en del av reaktorens kjøleanordning. Disse behold- In order to prevent the release of such toxic products as a result of accidents of this nature, large pressure vessels in conventional spherical or cylindrical form have been built as safety vessels around the nuclear reactor and at least part of the reactor's cooling device. These keep-

ere er store, omstendelige å bygge og kost- are large, cumbersome to build and cost-

bare. just.

De hittil anvendte beholdere er dess- The containers used so far are

uten utsatt for den risiko at farlige produkter lekker ut etter at reaktoruhell; de er heller ikke anordnet til å hindre at der fortsatt foregår atomreaksjoner og å opp- without being exposed to the risk of dangerous products leaking out after a reactor accident; nor are they designed to prevent nuclear reactions from continuing to take place and to

ta varme som dannes ved radioaktiv spalt- take heat generated by radioactive fission-

ing av produkter som inngår i brenslet. Hvis kjølemiddel går tapt ved uhellet, kan denne spaltingsvarme føre til at beholderen smel- ing of products included in the fuel. If refrigerant is accidentally lost, this heat of decomposition can cause the container to melt

ter og ytterligere skadelig materiale fri-<g>jøres. ter and further harmful material is released.

Formålet med oppfinnelsen er å skaffe The purpose of the invention is to provide

en forbedret, kombinert understøttelse for atomreaktorbeholder, strålingsskjerm og beholderkonstruksjon som omfatter et in- an improved, combined support for nuclear reactor vessel, radiation shield and vessel structure comprising an in-

dre kammer som danner en tørr brønn, i hvilken reaktorbeholderen er understøttet, dre chamber that forms a dry well, in which the reactor vessel is supported,

og et ytre, lukket kammer som befinner seg i en viss avstand fra det indre kammer og omslutter dette, idet en væskeansamling omgir reaktorbeholderen. and an outer, closed chamber which is located at a certain distance from the inner chamber and encloses this, as a liquid accumulation surrounds the reactor vessel.

Den kombinerte understøttelse i hen- The combined support in

hold til oppfinnelsen utmerker seg ved at det indre kammer er tett lukket og at væskeansamlingen er anordnet mellom det in- according to the invention is distinguished by the fact that the inner chamber is tightly closed and that the liquid collection is arranged between the in-

dre og ytre kammer og omgir den tørre brønn, idet der er anordnet ledninger som tjener til å slippe den væske som fra reaktorbeholderen når ut i den tørre brønn, ut gjennom det indre kammer og direkte ut i væskeansamlingen. dre and outer chamber and surrounds the dry well, as lines are arranged which serve to release the liquid that reaches the dry well from the reactor vessel, out through the inner chamber and directly into the liquid accumulation.

Væskéansamlingen kan rekke fra et The fluid accumulation can range from a

nivå som ligger i det vesentlige under til et nivå som ligger i det vesentlige over reaktorkjernens nedre henholdsvis øvre begrensning. level that is substantially below to a level that is substantially above the reactor core's lower or upper limit.

Hensiktsmessig er der i væskeansamlingen anordnet et antall nedad konkave skjermer som har åpningen rettet nedad. Appropriately, there are arranged in the liquid collection a number of downwardly concave screens which have the opening directed downwards.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 The invention shall be described in more detail with reference to the drawing, where fig. 1

viser et lengdesnitt av en utførelse av gjen-standen for oppfinnelsen og fig. 2 et snitt av en annen utførelse. shows a longitudinal section of an embodiment of the object of the invention and fig. 2 a section of another embodiment.

I henhold til fig. 1 er en reaktorbehol- According to fig. 1 is a reactor container

der 10 forsynt med et hemisfærisk lokk 12 og understøttelsesorganer 14. Reaktorkjernen 16 befinner seg i det indre av trykkbe-holderen. Ledninger 18 og 20 for tilførsel av kjølemedium til reaktoren er tilkoblet ved beholderens 10 bunn. Utløpet 22 for reaktor-kjølemediet utgår fra lokket 12 og er ført gjennom en tunnel 24 i beholderanleggets vegger for utmatning til en egnet belast-ning. Reguleringselementer 26 strekker seg fra drivanordninger 28 i kjernen 16 for regulering av atomreaksjonen og reaktorens effektnivå. where 10 is provided with a hemispherical lid 12 and support members 14. The reactor core 16 is located in the interior of the pressure vessel. Lines 18 and 20 for the supply of cooling medium to the reactor are connected at the bottom of the container 10. The outlet 22 for the reactor coolant emanates from the lid 12 and is led through a tunnel 24 in the walls of the container plant for discharge to a suitable load. Regulation elements 26 extend from drive devices 28 in the core 16 for regulation of the nuclear reaction and the reactor's power level.

En som biologisk skjerm utformet indre beholder 30 understøtter reaktorbeholderen 10 på organene 14 i et indre tørt kammer eller brønn 32. En ytterbeholder 34 omgir den indre beholder 30, slik at der fåes et kammer 36 mellom dem, som fra det nedre nivå 38 oppad er fylt med en masse eller ansamling av væske 40 med et øvre nivå 42. Den ytre beholder 34 er lukket og tettet ved den øvre ende ved et egnet, mot trykk motstandsdyktig deksel, f. eks. et hemisfærisk eller elliptisk stållokk 44, hvorav bare den nedre del er vist på fig. 1. Væskeansamlingen 40 strekker seg mer eller mindre ringformet rundt innerbeholderen 30. En eller flere tunneler 24 strekker seg gjennom ansamlingen 40. Gjennom en slik tunnel er kjølemiddelutløpet 22 ført. Ansamlingen 40 øker således avskjerm-ningseffekten av den betong eller annet lignende materiale som anvendes for innerbeholderen 30. Det tørre kammer eller brønnen 32 er oventil forsynt med en tilslutning som omfatter et nedre element 50, et øvre element 52, en eller flere skyvepla-ter 54 og tilslutningstetningen 56. Brønnen 32 er således tett lukket og utført til å kunne motstå midlere indre trykk. An inner container 30 designed as a biological screen supports the reactor container 10 on the organs 14 in an inner dry chamber or well 32. An outer container 34 surrounds the inner container 30, so that there is a chamber 36 between them, which from the lower level 38 upwards is filled with a mass or accumulation of liquid 40 with an upper level 42. The outer container 34 is closed and sealed at the upper end by a suitable pressure-resistant cover, e.g. a hemispherical or elliptical steel lid 44, of which only the lower part is shown in fig. 1. The liquid accumulation 40 extends more or less annularly around the inner container 30. One or more tunnels 24 extend through the accumulation 40. The coolant outlet 22 is led through such a tunnel. The accumulation 40 thus increases the shielding effect of the concrete or other similar material used for the inner container 30. The dry chamber or the well 32 is provided at the top with a connection comprising a lower element 50, an upper element 52, one or more sliding plates 54 and the connection seal 56. The well 32 is thus tightly closed and designed to be able to withstand moderate internal pressure.

Flere utløpsrør 60, hvis utløpsender er påsatt gjennombrytbare skiver 62, er ført ut gjennom innerbeholderens 30 vegg fra den tørre brønns 32 mellomliggende parti på et sted inntil reaktorbeholderen 10. En ringformet luftlomme 64 som er åpen nedad mot ansamlingen 40, er anordnet i en stilling for mottakelse av væske eller gass fra utløpsrørene 60. Et sylindrisk avsnitt 68 danner den nedadrettede forlengelse av en skillevegg 70 som strekker seg nedad fra et øvre horisontalt parti 72. Mellom denne vegg og innerbeholderen 30 fåes der derved forskjellige utstyrsrom 73 og 74. Den nedre forlengelse 68 av veggen 70 kan være forsynt med en takket eller fortannet nedre kant 76 som bevirker at gassblærer som trenger inn i ansamlingen 40, brytes opp og dispergeres. Flere nedadrettede skjermveg-ger 78 som er oppad konkave, er anordnet i det minste i en del av væskeansamlingen. De har til oppgave å øke kontakten mellom ansamlingens væske og gassfasen og å akkumulere den ikke kondenserbare fraksjon av gassene, når de stiger opp gjennom ansamlingen 40 og trer inn i skjermvegge-nes 78 nedre åpninger. Derved hindres disse gasser i å komme opp til væskeoverflaten 42. De tjener til å dempe støtbølger som frembringes i ansamlingen ved konden-sering av den kondenserbare fraksjon. Several outlet pipes 60, the outlet ends of which are fitted with breakable discs 62, are led out through the wall of the inner container 30 from the intermediate part of the dry well 32 at a location up to the reactor container 10. An annular air pocket 64 which is open downwards towards the accumulation 40, is arranged in a position for receiving liquid or gas from the outlet pipes 60. A cylindrical section 68 forms the downward extension of a partition wall 70 which extends downwards from an upper horizontal part 72. Between this wall and the inner container 30, different equipment rooms 73 and 74 are thereby obtained. The lower extension 68 of wall 70 may be provided with a jagged or toothed lower edge 76 which causes gas bubbles penetrating into the accumulation 40 to be broken up and dispersed. Several downwardly directed screen walls 78 which are concave upwards are arranged in at least part of the liquid collection. Their task is to increase the contact between the accumulation's liquid and the gas phase and to accumulate the non-condensable fraction of the gases, when they rise up through the accumulation 40 and enter the screen walls' 78 lower openings. Thereby, these gases are prevented from reaching the liquid surface 42. They serve to dampen shock waves produced in the accumulation by condensation of the condensable fraction.

Under drift mottar den tørre brønn 32 den første uttømning av avgående væsker eller gasser fra reaktorbeholderen 10. Trykket øker til den verdi, ved hvilken de gjennombrytbare skiver gir etter, og de kondenserbare og ikke kondenserbare damper passerer ut gjennom utløpsrørene 60 og inn i luftlommen 64, hvorved den første støt-bølge og etterfølgende støtvirkninger mot vannet reduseres. De frigjorte damper ma-tes ut nedad og inn i ansamlingen 40 og passerer under den nedre kant 76 av veg-gens 70 forlengelse 68. Dampene stiger opp gjennom ansamlingen 40 i det ytre kammer 36 mot væskenivået 42. De kondenserbare damper kondenseres hurtig i den kjølige væske, de ikke kondenserbare men opp-løselige bestanddeler oppløses i væsken, de ikke kondenserbare bestanddeler avkjøles raskt og danner små blærer som stiger opp gjennom ansamlingen 40 for å oppfanges som gassansamlinger eller -lommer 80 i den øvre del av de nedad åpne skjermveg-ger 78, og eventuelt frigjort fast materiale i partikkelform avkjøles og- holdes igjen i ansamlingen 40. During operation, the dry well 32 receives the first discharge of outgoing liquids or gases from the reactor vessel 10. The pressure increases to the value at which the permeable discs yield, and the condensable and non-condensable vapors pass out through the outlet pipes 60 and into the air pocket 64 , whereby the first shock wave and subsequent shock effects against the water are reduced. The liberated vapors are fed downwards into the accumulation 40 and pass under the lower edge 76 of the extension 68 of the wall 70. The vapors rise through the accumulation 40 in the outer chamber 36 towards the liquid level 42. The condensable vapors condense rapidly in the cool liquid, the non-condensable but soluble components dissolve in the liquid, the non-condensable components cool quickly and form small bubbles that rise up through the accumulation 40 to be collected as gas accumulations or pockets 80 in the upper part of the downwardly open screen walls ger 78, and any released solid material in particulate form is cooled and retained in the accumulation 40.

Etter at skivene 62 er brutt gjennom, kan det i visse tilfelle være ønskelig å fylle den tørre brønn 32. Til dette formål er en ledning 106 med en ventil 108 med fjern-styring anordnet til å forbinde den øvre del av den tørre brønn 32 med den øvre del av ansamlingen 40. Derved drives der ikke kondenserbare gasser ut av den tørre brønn 32 eller føres der væske fra ansamlingens 40 øvre del direkte inn i den tørre brønn, slik at en umiddelbar fylling av brønnen understøttes. After the discs 62 have been broken through, in certain cases it may be desirable to fill the dry well 32. For this purpose, a line 106 with a valve 108 with remote control is arranged to connect the upper part of the dry well 32 with the upper part of the accumulation 40. Thereby non-condensable gases are driven out of the dry well 32 or liquid is fed from the upper part of the accumulation 40 directly into the dry well, so that an immediate filling of the well is supported.

Den på fig. 2 viste utførelse av en sik-kerhetsbeholder omfatter en innerbeholder The one in fig. The embodiment of a safety container shown in 2 comprises an inner container

med reaktorunderstøttelse og skjermvegg with reactor support and screen wall

150 og med en øvre tilslutning 152 og et in-nerkammer eller tørr brønn 154, samt en ytterbeholder 156 som består av en sfærisk stålbeholder med en nedre tilslutning 158 og en øvre tilslutning 160. Et ytre kammer 162 er dannet mellom den indre og den ytre beholder, i hvilket er opprettholdt en ansamling 164 som holdes på et væskenivå 150 and with an upper connection 152 and an inner chamber or dry well 154, as well as an outer container 156 which consists of a spherical steel container with a lower connection 158 and an upper connection 160. An outer chamber 162 is formed between the inner and the outer container, in which is maintained an accumulation 164 which is maintained at a liquid level

166. En tetning 167 er anordnet mellom be-holderne 150 og 156. 166. A seal 167 is arranged between the containers 150 and 156.

Reaktorbeholderen 168 understøttes i den tørre brønn 154 på vanlig vis og inneholder-reaktorkjernen 170. En termisk av-skjerming 172 med kjøleanordninger 174 er innebygget i den indre beholder 150 umid-delbart rett ut for kjernen 170 for demp-ning av gammastråling og avledning av gammastrålevarme. Inner- og ytterbehol-derne 150 og 156 understøttes av bæreorga-ner 176 på et egnet fundament 178. The reactor container 168 is supported in the dry well 154 in the usual way and contains the reactor core 170. A thermal shield 172 with cooling devices 174 is built into the inner container 150 immediately directly outside the core 170 for attenuation of gamma radiation and diversion of gamma ray heat. The inner and outer containers 150 and 156 are supported by support members 176 on a suitable foundation 178.

På fig. 2 er ikke vist anordningene for tilførsel av kjølemiddel gjennom reaktorbeholderen 168 og anordningene for regulering av reaktoren, men disse deler av ut-styret finnes også ved denne utførelse på lignende måte som vist på fig. 1 eller i en annen kjent utførelse. In fig. 2, the devices for supplying coolant through the reactor container 168 and the devices for regulating the reactor are not shown, but these parts of the outboard are also found in this embodiment in a similar way as shown in fig. 1 or in another known embodiment.

Flere utløpsrør 180 er ført radialt gjennom innerbeholderen 150 fra den øvre ende av den tørre brønn 154; disse rør er avbøyet nedad, slik at de med sine nedre åpne ender 182 befinner seg under væskens nivå 166. En trykkreguleringsledning 184 er over særskilte ledninger 186 forbundet med hvert av utløpsrørene 180 og holder den tørre brønn 154 og utløpsrørene på et slikt trykk at væskenivået 188 i rørene 180 holdes på et sted straks over de åpne nedre ender 182. Denne trykkregulering opprett-holdes ved hjelp av en differensialtrykk-regulator 190 som styrer en ventil 192 i en ledning 194 som står i forbindelse med den felles ledning 184. Several outlet pipes 180 are led radially through the inner container 150 from the upper end of the dry well 154; these pipes are deflected downwards, so that they, with their lower open ends 182, are below the level of the liquid 166. A pressure regulating line 184 is connected via separate lines 186 to each of the outlet pipes 180 and keeps the dry well 154 and the outlet pipes at such a pressure that the liquid level 188 in the pipes 180 is held in a place immediately above the open lower ends 182. This pressure regulation is maintained by means of a differential pressure regulator 190 which controls a valve 192 in a line 194 which is in connection with the common line 184.

Om det verste tenkbare uhell skulle inntreffe, stiger trykket i den tørre brønn 154 som følge av at væske eller gass fri-gjøres. Denne trykkøkning medfører straks en senkning av væskens nivå 188 i rørene 180, slik at dampene føres ut ned i ansamlingen 164 rett utenfor beholderen 150. Ikke kondenserbare gasser samler seg tilslutt i damprommet 196 over væskenivået 166. Should the worst imaginable accident occur, the pressure in the dry well 154 rises as a result of liquid or gas being released. This increase in pressure immediately results in a lowering of the liquid level 188 in the pipes 180, so that the vapors are led out into the accumulation 164 directly outside the container 150. Non-condensable gases finally collect in the vapor space 196 above the liquid level 166.

En spesiell utførelse av en anordning ifølge fig. 2 hadde følgende data: For en atomreaktor med en effekt på 12,5 MW(e) har reaktorkjernen en effekt på 46,2 MW(t); vann som kjølemedium innføres ved 271° C og tas ut i delvis for-dampet form ved 277° C. Kjølemiddel-strømmen når opp til 1 560 000 kg/h inklu-sive 74 000 kg/h damp som ved trykk på 59,8 kg/cm- tilføres en turbingenerator med en effekt på 12 500 kW. A special embodiment of a device according to fig. 2 had the following data: For a nuclear reactor with an output of 12.5 MW(e), the reactor core has an output of 46.2 MW(t); water as coolant is introduced at 271° C and taken out in partially vaporized form at 277° C. The coolant flow reaches up to 1,560,000 kg/h including 74,000 kg/h steam which at a pressure of 59.8 kg/cm- is supplied to a turbine generator with an output of 12,500 kW.

Ytterbeholderen består av en kule av stål med en diameter på 13,7 m og kon-struert for et indre trykk på 1,76 kg/cm<2>. Den av betong bestående indre beholder danner en tørr brønn med en indre diameter på 2,44 m og en ytre diameter på 4,88 m; denne brønn strekker seg opp til en høyde av 13,42 m i stålkulen. Det ring-formede ytre kammer inneholder 908 400 liter vann, i hvilket seksten utløpsrør av typen med en diameter på 20 cm munner ut i den tørre brønns øvre ende. Tempera-turøkningen i ansamlingen ved det farlig-ste tenkbare uhell er ikke større enn 5,6° C og trykkøkningen i det fri rom over væskenivået i det ytre kammer overskrider ikke 0,35 kg/cm<2>. Til denne konstruksjon anvendes 2020 tonn vanlig betong og 250 tonn stål, hvilke mengder er å sammenligne med den normale skjerm-, understøttelses- og utskytelseskonstruksjon for en 12,5 MW(e) reaktor som krever 7800 tonn betong om omkring 684 tonn stål. The outer container consists of a steel sphere with a diameter of 13.7 m and designed for an internal pressure of 1.76 kg/cm<2>. The concrete inner container forms a dry well with an inner diameter of 2.44 m and an outer diameter of 4.88 m; this well extends up to a height of 13.42 m in the steel ball. The ring-shaped outer chamber contains 908,400 liters of water, into which sixteen outlet pipes of the 20 cm diameter type open into the upper end of the dry well. The temperature increase in the accumulation in the most dangerous imaginable accident is not greater than 5.6° C and the pressure increase in the free space above the liquid level in the outer chamber does not exceed 0.35 kg/cm<2>. For this construction, 2,020 tonnes of ordinary concrete and 250 tonnes of steel are used, which quantities are comparable to the normal shield, support and launch construction for a 12.5 MW(e) reactor which requires 7,800 tonnes of concrete for around 684 tonnes of steel.

Væsken i ansamlingen utgjøres for-trinnsvis av vanlig vann, men også andre væsker eller blandinger av sådanne kan anvendes i stedet, såsom de forskjellige en-og flerverdige materialer, f. eks. alkoholer, glykoler og glyceroler, for å unngå frysning og andre problemer. The liquid in the collection preferably consists of ordinary water, but other liquids or mixtures of such can also be used instead, such as the various mono- and multi-valent materials, e.g. alcohols, glycols and glycerols, to avoid freezing and other problems.

Atomreaktorgifter som med fordel anvendes innenfor oppfinnelsens ramme, omfatter de forskjellige kjente forbindelser av bor, kadmium, gadolinium, sølv, dysprosi-um, samarium, europium, hafnium, kvikk-sølv og andre elementer med høye inn-fangningstverrsnitt for ikke-fisjonsnøy-troner, hvilke forbindelser er oppløselige i den anvendte væske i ansamlingen. Nuclear reactor poisons which are advantageously used within the framework of the invention include the various known compounds of boron, cadmium, gadolinium, silver, dysprosium, samarium, europium, hafnium, mercury and other elements with high capture cross sections for non-fission neutrons , which compounds are soluble in the liquid used in the collection.

Claims

1. Combined support for nuclear reactor vessel, radiation shield and vessel structure comprising an inner chamber forming a dry well, in which the reactor vessel is supported, and an outer, closed chamber which is located at a certain distance from the inner chamber and encloses this, being a liquid accumulation surrounds the reactor vessel, characterized by the fact that the inner chamber is tightly closed and that the liquid accumulation is arranged between the inner and outer chamber and surrounds the dry well, as lines are arranged which serve to release the liquid that reaches from the reactor vessel into the dry well, out through the inner chamber and directly into the fluid accumulation.

2. Support according to claim 1, characterized in that the liquid accumulation reaches from a level that is substantially below to a level that is substantially above the reactor core's lower or upper limit.

3. Support according to claim 1, characterized by a number of downwardly concave screens arranged in the liquid collection with the opening directed downwards. "Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy». F.N., Geneva 1958, vol. 8, pages 502, 516—517 and 532.