DE1089488B - Kernreaktor mit einsetzbarer Sicherheitsvorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung zur Verwendung in einem Kernreaktor.

Bekanntlich ist die Betriebssicherheit von Kernreaktoren außerordentlich wichtig. Die größte Gefahr, die die Sicherheit des Reaktors bedrohen kann, ist die Möglichkeit, daß die Kernreaktion außer Kontrolle kommt, die Leistung in außerordentlich kurzer Zeit sehr hoch ansteigt und Teile des Reaktors schmelzen oder sogar verdampfen, was eine Verseuchung der Umgebung des Reaktors zur Folge hat. Selbst wenn der Reaktor gebaut und aufgestellt ist, daß durch einen Unfall das Betriebspersonal nicht zu Schaden kommt, ist es eine unbedingte Notwendigkeit, daß der Reaktor so mit Sicherheitsvorrichtungen versehen ist, daß die Möglichkeit von Unfällen praktisch ausgeschaltet wird. Dies gilt besonders für Leistungsreaktoren, die als Triebwerk verwendet werden und sich im wirtschaftlichen Wettbewerb mit anderen Arten von Triebwerken befinden. Die Häufigkeit, mit der Unfälle auftreten, kann wegen der sehr hohen Instandsetzungskosten eines Reaktors bei einem größeren Unfall in hohem Maße für die Wettbewerbsfähigkeit ausschlaggebend sein.

Aus diesem Grunde werden in allen Reaktoren »ausfallsichere« Sicherheitsvorrichtungen verwendet. Diese Sicherheitsvorrichtungen bestehen normalerweise aus einem Stab aus einem Material, welches einen hohen Absorptionsquerschnitt für Neutronen hat und der rasch in den Kern des Reaktors eingesetzt wird, wenn z. B. ein elektrischer Stromkreis unterbrochen wird, die Kühlmittelströmung gestört ist oder das Leistungsniveau über dasjenige ansteigt, mit dem der Reaktor betrieben werden soll.

Außer mit »ausfallsicheren« Sicherheitsvorrichtungen sind Reaktoren normalerweise auch mit Hilfssicherheitsvorrichtungen ausgerüstet, welche mit den normalen Sicherheits- oder Notstäben bei einem plötzlichen Leistungsanstieg (power excursion) zusammenwirken können, jedoch in erster Linie dazu bestimmt sind, in Wirkung zu treten, wenn die normalen Sicherheitsstäbe versagen. Solche Vorrichtungen können z. B. den Moderator oder die Spaltstofflösung ablassen, den Reflektor aus dem Kern entfernen oder ein Material mit einem großen Absorptionsquerschnitt für Neutronen in den Kern des Reaktors einbringen.

Die Sicherheitsvorrichtung gemäß der Erfindung ist nicht als Ersatz für die »ausfallsicheren« Sicherheitsstäbe, sondern vielmehr zu deren Ergänzung als Hilfssicherheitsvorrichtung gedacht.

Zur Verwendung in Kernreaktoren bestimmte Hilfssicherheitsvorrichtungen müssen in jeder Beziehung zuverlässig sein, d. h., sie müssen in Notfällen in der erforderlichen Weise in Wirkung treten und Kernreaktor mit einsetzbarer
Sicherheitsvorrichtung

Anmelder:

The United States
Atomic Energy Commission,
Washington, D. C. (V. St. A.)

Vertreter: Dx.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Gaußstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. Februar 1957

Walter H. Zinn, Belleair Estates, Clearwater, Fla.

(VStA.),
ist als Erfinder genannt worden

gleichzeitig, wenn kein Notfall besteht, unwirksam bleiben. Es ist daher zweckmäßig, daß eine solche Reaktorsicherheitsvorrichtung erdbebensicher, bombensicher und sabotagesicher ist, durch eine Zunahme des Neutronenflusses über eine bestimmte Höhe hinaus direkt ausgelöst wird und ein Mindestmaß an mechanischen oder elektrischen Einrichtungen erfordert.

Ferner darf sie den Reaktor nicht dauernd schädigen oder nach ihrem Auslösen lange Abschaltzeiten erfordern. Außerdem soll eine solche Hilfssicherheitsvorrichtung für alle oder praktisch alle bestehenden Reaktoren sowie für im Bau befindliche Reaktoren anwendbar sein.

Nach einem älteren Vorschlag ist bei einer Sicherheitssteuerung für Kernreaktoren eine rohrartige Hülle, die geschlossen und von einer Sperre mit einer Schmelzsicherung, welche ein durch Neutronen von thermischer Energie spaltbares Material aufweist und durch thermisches Ansprechen auf eine vorbestimmte Erhöhung des Neutronenflusses die Sperre zerstört, in einen Speicher raum, der ein Gas mit großem Neutronenabsorptionsquerschnitt unter hohem Druck ent-

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hält, und einen Expansionsraum geteilt sein kann, in Bei der beschriebenen und dargestellten Reaktorweichen sich bei der Zerstörung der Sperre das Gas konstruktion besteht der Behälter 20 aus Aluminium ausdehnt, völlig innerhalb des Reaktorkerns angeordnet. mit einem Innendurchmesser von 183 cm und einer Die Schmelzsicherung kann bei diesem älteren Vor- Wandstärke von 1,27 cm. Die Gesamthöhe des Behälschlag direkt den Weg zwischen den beiden Räumen 5 ters beträgt 218 cm, während sich das schwere Wasversperren und beim Schmelzen freigeben, aber auch ser 22 bis zu einer Höhe von 198 cm erstreckt. Die indirekt wirken und beim Schmelzen eine mechanische Graphit enthaltende Zone hat die Form eines hohlen Einrichtung auslösen, welche ihrerseits die eigentliche Zylinders und berührt die Außenfläche des Aluminium-Zerstörung der Sperre bewirkt. behälters 20. Ihre Dicke beträgt 61 cm. Der Wärme-Gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich bei io schild 28 ist von einem Mantel 38 aus Bleiziegeln umeiner Einrichtung dieser Art, während der Expan- -. geben.

sionsraum im Spaltstoffbereich liegt, der Speicher- Durch den Wärmeschild 28 erstreckt sich eine An-

raum außerhalb des Spaltstoffbereiches. zahl nicht gezeigter Kanäle, durch welche Wasser für

Das Gas mit hohem Neutronenabsorptionsquer- dessen Kühlung fließt.

schnitt wird beim Ansprechen der Vorrichtung selbst- 15 Auf dem Boden des Behälters 20 ist eine Montagetätig aus einer Lage, in der es sich wenig auf die Re- platte 42 durch eine ringförmige Stütze 44 angeordaktivität des Reaktors auszuwirken vermag, d.h. einer net, die sowohl gegen den Behälter 20 als auch gegen Lage niedrigen statistischen Gewichtes, in eine Lage die Montageplatte 42 abgedichtet ist. Auf diese Weise gebracht, in der es eine viel größere Auswirkung hat, _wi_rd ein Speicherraum 46 gebildet und besteht der d. h. eine Lage hohen statistischen Gewichtes. Die 20 einzige Zugang zum Inneren des Behälters 20 durch Vorrichtung läßt sich in jedem Kernreaktor mit ge- Bohrungen 48 in der Montageplatte 42, die zur Aufringstmöglichen Schwierigkeiten verwenden und ar- nähme der Spaltstoff elemente 24 bestimmt sind, welche beitet völlig zuverlässig. die Bohrungen 48 dichtend abschließen. Der Behälter

Es ist schon der Vorschlag bekanntgeworden, Re- 20 ist mit einer Öffnung 50 versehen, die in den Speiaktoren mit einem Gas von hohem Neutronenabsorp- 25 cherrautn 46 führt. Zwischen der öffnung 50 und dem tionsquerschnitt, nämlich BF₃, durch Veränderung des Speicherraum 46 ist ein Sieb 52 angeordnet. Durch Druckes desselben zu steuern. Dies ermöglicht zwar die Abschirmung 30, den Wärmeschild 28 und die eine sehr feine Steuerung der Reaktivität, aber die Graphitzone 26 erstreckt sich eine Kühlmitteleinlaß-Steuerung ist, abgesehen von dem hohen apparativen leitung 54, die in der Öffnung 50 im Behälter 20 abAufwand, unter anderem auf Grund der Gefahr von 30 gedichtet ist. Durch die Leitung 54 und die öffnung 50 Druckverlusten durch Undichtigkeiten so anfällig und tritt ein Strom von D₂O zur Kühlung der Spaltstoffsogar gefährlich, daß bei ihrer Anwendung zusätzlich elemente 25 und zur Füllung des Behälters 20 ein. eine schnell wirkende Sicherheitssteuerung notwendig Innerhalb des Behälters 20 ist ein Überlaufrohr 56 wird und daß sie bei einem nicht inhärent stabilen angeordnet, dessen Mündung 198 cm über dem Boden Reaktor als Primärsteuerung überhaupt nicht verwen- 35 des Behälters bei der dargestellten Reaktorkonstrukdet werden kann. Die vorliegende Erfindung schafft tion liegt. Das Überlauf rohr 56 erstreckt sich durch eine völlig zuverlässige Sicherheitssteuerung mit einem _eine öffnung 58 im Boden des Behälters 20 und ist Gas dieser Art. gegenüber diesem abgedichtet.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben Unmittelbar oberhalb des Behälters 20 sind zwei

sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbin- 40 Abschirmungen 60 und 62 angeordnet. Die untere

dung mit den Zeichnungen, und zwar zeigt Abschirmung 60 ist dem Behälter 20 unmittelbar be-

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Neu- nachbart, während die obere Abschirmung 62 sich

tronenreaktor mit einer Sicherheitsvorrichtung gemäß oberhalb und anschließend an die untere Abschirmung

der Erfindung, 60 befindet. Sowohl die obere als auch die untere Ab-

Fig. 2 einen waagerechten Schnitt nach der Linie 2-2 45 schirmung 62 bzw. 60 sind mit Kanälen 64 und 66

der Fig. 1, versehen, welche sich unmittelbar oberhalb der Boh-

Fig.3 einen waagerechten Schnitt nach der Linie 3-3 rungen 48 in der Montageplatte 42 befinden. In den

der Fig. 1, Kanälen 64 und 66 sind Stopfen 68 und 70 angeord-

Fig. 4 eine Teilansicht im waagerechten Schnitt net, die neutronen- und Strahlungsabsorbierendes Ma-

nach der Linie 4-4 der Fig. 1, welcher die Lage der 50 terial enthalten. Die Stopfen 68 und 70 können aus den

Sicherheitsvorrichtung im Reaktor zeigt, Kanälen 64 und 66 herausgenommen werden, wenn

Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch die in den der Reaktor nicht in Betrieb ist, um Spaltstoffelemente

Reaktor eingebaute Sicherheitsvorrichtung und 24 in den Behälter 20 des Reaktors einsetzen zu kön-

Fig.6 einen waagerechten Schnitt nach der Linie 6-6 nen. Die Spaltstoffelemente 24 werden durch die Boh-

der Fig. 5, gesehen in Richtung der Pfeile. 55 rungen 48 in der Platte 42 und durch an der Mündung

Bei dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Reaktor wer- der Kanäle 66 angeordnete Halteringe 67 in paralleler

den ein Schwerwassermoderator, Schwerwasser als Ausfluchtung gehalten.

Kühlmittel und U²³⁵ als Spaltstoff verwendet. Der Bei der dargestellten Konstruktion hat die untere

Schwerwassermoderator befindet sich in einem Be- Abschirmung eine Dicke von 75,3 cm, während die

hälter 20 und ist mit 22 bezeichnet. Die Spaltstoff- 60 obere Abschirmung 62 eine Dicke von 79,4 cm hat.

elemente 24 sind senkrecht im Behälter 20 angeordnet Zwischen der oberen und der unteren Abschirmung 62

und enthalten U²³⁵-Spaltstoff für die Neutronen- bzw. 60 ist ein Hohlraum 72 von 6,5 cm vorgesehen,

Kettenreaktion. Die die Seiten und den Boden des der über eine Heliumleitung 74 mit einer Heliumquelle

Behälters umgebende Zone 26 enthält festes Neutro- verbunden ist. Das Helium füllt auch den Raum 76

nenreflexionsmaterial, das bei der dargestellten Re- 65 zwischen der Oberfläche des Schwerwassermoderators

aktorkonstruktion, die nachfolgend näher beschrieben 22 und der unteren Abschirmung 60 aus.

wird, Graphit in Form von Blöcken ist. Die Zone 26 Der Reaktor ist ferner mit Zugangskanälen 78 ver-

ist von einem Wärmeschild 28 umgeben, während der sehen, die sich in den Behälter 20 erstrecken und

Wärmeschild seinerseits' von einem Betonschild 30 Zonen für die Bestrahlung von Materialien bilden. Die

umgeben ist. _j^:\'-_ . 70 Zugangskanäle 78 sind mit Abschirmungsstopfen 80

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versehen, welche StrahlungsVerluste verhindern. Die tausch mit einem Wasserstrom gekühlt, der seinerseits Zugangskanäle 78 sind mit neutronen- und strahlungs- gekühlt werden kann. Wenn das Niveau des D₂ O im durchlässigen Fenstern 82 versehen, welche verhin- Reaktionsbehälter 20 zu hoch wird, leitet das Überdern, daß der Schwerwassermoderator 22 in die Ka- laufrohr 56 einen Teil des D₂O aus dem Reaktionsnäle 78 eintritt, jedoch den Durchtritt von Neutronen- 5 behälter zu einem Speicherbehälter, aus dem es dem strahlen zulassen. Kühlkreislauf wieder zugeführt werden kann.

Der Reaktor ist mit Regelarmen 84 und mit einem Der dargestellte Reaktor weist ferner eine Hilfs-

Regelstab 85 versehen, die aus Neutronenfangstoffen, sicherheitsvorrichtung 119 auf, welche den Gegenstand wie Kadmium oder Bor, bestehen. Die Arme 84 sind der Erfindung bildet.

um eine benachbart dem einen Ende jedes Armes an- io Die Sicherheitsvorrichtung 119 besteht im wesentgeordnete Welle 86 schwenkbar. Die Wellen 86 er- liehen aus einem langen Rohr, das durch eine Barriere strecken sich durch die Zone 26, den Wärmeschild 28 in zwei Abschnitte unterteilt ist, welche, wenn die Be- und den Betonschild 30 des Reaktors, so daß die Be- dingungen im Reaktor gefährlich werden, sich selbst dienungsperson die Arme 84 innerhalb des Reaktions- zerstört. In dem der Reaktormitte abgekehrten Abbehälters 20 verschwenken kann. 15 schnitt des Rohres wird ein Gas mit einem hohen Ab-

Der dargestellte Reaktor besitzt insgesamt vier Sorptionsquerschnitt für Neutronen unter hohem Regelarme 84. Diese Arme enthalten Bor zwischen Druck gehalten. Wenn die Barriere zerstört wird, Aluminiumplatten und haben eine Dicke von 2,5 cm, dehnt sich das Gas in den übrigen Teil des Rohres eine Breite von 14 cm und eine Gesamtlänge von etwa aus, der in der Reaktormitte oder in deren Nähe an-150 cm. Die Arme 84 sind so angeordnet, daß sie in 20 geordnet ist. Im ersten Raum hat das Gas eine geringe den Moderator 22 des Reaktors zwischen den Spalt- Wirkung auf die Reaktivität des Reaktors, während Stoffelementen 24 schwenkbar sind, wobei zwei dieser es in der Reaktormitte eine starke Wirkung auf dessen Arme, nämlich die Arme '84a, als Sicherheitsfegel- Reaktivität hat. Die Barriere bildet daher eine Art elemente verwendet werden. Die Sicherheitsrege'l- Sicherung, die so gestaltet werden kann, daß sie beim elemente 84 α werden ständig in einer zurückgezogenen 25 Auftreten bestimmter Bedingungen innerhalb des ReStellung benachbart der Fläche des Moderators 22 aktors durchbrennt. Jeder Reaktor kann mit einer gehalten, ausgenommen, wenn die Neutronen-Ketten- beliebigen Anzahl solcher Sicherheitsvorrichtungen reaktion zum Stillstand gebracht werden soll. Die an- versehen werden. Die Wahl der Zahl von Sicherheitsderen Arme 84 b, die während des normalen Reaktor- vorrichtungen hangt natürlich von der Wirkung ab, betriebs unter der Fläche des Moderators 22 angeord- 30 die durch jede Vorrichtung erzielt werden soll, und net sein können, werden als Trimm- oder Grobregel- von der gewünschten Gesamtwirkung,
,elemente verwendet. Die Trimmelemente dienen dazu, Es wird nun auf Fig. 4 bis 6 Bezug genommen, in

stufenweise Veränderungen in der Reaktivität des welchen eine beispielsweise Ausführungsform der Reaktors zu bewirken, welche erforderlich sind, ent- Sicherheitsvorrichtung in Anwendung auf den voranweder um das Leistungsniveau des Reaktors zu er- 35 gehend beschriebenen Reaktor dargestellt ist.
höhen oder zu verringern oder einen Ausgleich für Die Sicherheitsvorrichtung 119 weist ein langes

langdauernde Reaktivitätsveränderungen zu schaffen. Rohr 120 auf, das aus korrosionsbeständigem Stahl

Der Regelstab 85 ist außerhalb des Spaltstoffteils mit einer Wandstärke von 2,5 mm besteht und einen des Reaktors angeordnet und dient als »feinregelndes« Innendurchmesser von 30 mm hat. Die Gesamtlänge Regelelement. Der Regelstab 85 wird daher zum Aus- 40 des Rohres 120 beträgt 3,76 m. Platten 122 und 124 gleich für geringe Veränderungen in der Reaktivität schließen das Rohr in Abständen von 40,6 bzw. 153 cm und Veränderungen von verhältnismäßig kurzer Zeit- vom Boden des Rohres ab. In der Mitte zwischen den dauer verwendet. Er kann zu diesem Zweck mit einer Platten 122 und 124 ist quer durch das Rohr 120 eine selbsttätigen Regeleinrichtung verbunden werden. Barriere angeordnet, die eine Kernsicherung 126 bil-

Der Regelstab 85 ist bei der dargestellten Konstruk- 45 det. Der Boden des Rohres ist mit einer Spitze 128 tion in einer Buchse 87 aus Aluminium beweglich, die versehen. Der zwischen der Platte 122 und der Kerndazu dient, zu verhindern, daß die Reaktoratmosphäre sicherung 126 befindliche Teil des Rohres 120 bildet aus dem Behälter 20 herausdringt. Der Stab 85 hat eine Expansionskammer 130, während der zwischen einen Durchmesser von etwa 3,8 cm und eine Länge der Platte 124 und der Kernsicherung 126 befindliche von etwa 61 cm und besteht aus einem Kadmiumrohr 50 Teil des Rohres 120 eine Gasspeicherkammer 132 bilmit Einsätzen aus Aluminium, die einen hohlen Stab det. Die Gasspeicherkammer ist mit einer Kadmiumbilden, schicht 134 von V2 mm Dicke ausgekleidet. In die

Die Spaltstoffplatten sind in einer Spaltstoffzone Speicherkammer 132 wird durch ein nicht gezeigtes 102 der Spaltstoffelemente 24 angeordnet. Diese Spalt- Ventil in der Platte 124 ein Gas mit einem hohen Stoffzone erstreckt sich von einem Punkt 41,1cm ober- 55 Absorptionsquerschnitt für Neutronen eingeleitet. Das halb der Montageplatte 42 bis zu einem Punkt bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung 108,7 cm über dieser. verwendete Gas ist Helium-3 mit einem Wirkungs-

Die Spaltstoffelemente 24 sind in Form eines Drei- querschnitt für thermische Neutronen von 5000 barn, ecknetzes angeordnet und haben einen Mittenabstand Zur leichteren Handhabung kann das Rohr 120 in von 15,2 cm, mit der Ausnahme, daß die beiden auße- 60 Abschnitte unterteilt werden, die unmittelbar oberhalb ren Spaltstoffelemente mit den benachbarten Gruppen der Platte 124 zusammengeschraubt werden,
ausgefluchtet sind und einen Abstand von 15,2 cm von Die Kernsicherung 126 besteht aus einem Ring 136

diesen haben, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt. " aus korrosionsbeständigem Stahl, der eine Kupfer-

Der Reaktor wird durch einen Strom von D₂O ge- scheibe 138 umgibt. An der Unterseite der Kupferkühlt, der in den Speicherraum 46 durch die Rohr- 65 scheibe 138 ist ein zylindrischer Körper 140 aus anleitung 54 eintritt, von dem aus er durch die Spalt- gereichertem Uran mit Hilfe einer Schraube 142 stoffelemnte 24 nach oben fließt und in den Behälter befestigt. Der Stahlring 136 hat eine Dicke von 20 austritt. Das D₂O tritt aus dem Behälter 20 durch 4,826 mm, während die Kupferscheibe eine Dicke von eine öffnung 116 in dessen Boden und eine Rohr- 4,064 mm hat. Der Durchmesser der Kupferscheibe leitung 118 aus. Das D₂O wird durch Wärmeaus- 70 beträgt 4,862 mm. Der Urankörper 140 enthält

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90% U²³⁵ und hat eine Dicke von 4,862 mm und einen mer 130 ausdehnt, welche, da sie benachbart der Spalt-Durchmesser von 4,064 mm sowie ein Gewicht von stoffzone des Reaktors angeordnet ist, sich in einer 1,14 g. Lage hohen statischen Gewichts befindet, in welcher

Der zur Herstellung des Rohres 120 und des Ringes sie eine beträchtliche Wirkung auf die Reaktivität des

136 verwendete korrosionsbeständige Stahl ist von 5 Reaktors hat.

der Type 410, deren Zusammensetzung auf S. 554 des Bei dem dargestellten Reaktor hat eine einzige

Metals »Handbook for 1948« angegeben ist. Das Rohr Sicherheitsvorrichtung der beschriebenen Art eine

muß in solcher Lage im Reaktor angeordnet werden, Nettowirkung von 3*/o auf die Reaktivität des Re-

daß es das Einsetzen und das Herausnehmen der aktors. Es können natürlich zusätzliche Sicherheits-

Spaltstoffelemente 24 durch die Kanäle 64 und 66 io vorrichtungen in dem Reaktor eingebaut werden, um

oder die Arbeitsweise der Regelarme 84 nicht beein- eine zusätzliche Regelung zu erzielen,

trächtigt. Es befindet sich daher innerhalb des Drei- Durch das Einsetzen der Sicherheitsvorrichtung in

ecks, das durch das mittlere Spaltstoffelement und den beschriebenen Reaktor wird dessen Reaktivität

zwei benachbarte Spaltstoffelemente gebildet wird, ist herabgesetzt. Diese Verringerung der Reaktivität kann

jedoch zur Mitte des Dreiecks versetzt angeordnet. 15 durch Verstellen der Regelarme 84 & ausgeglichen

Die Mitte des Rohres 120 hat einen Abstand von werden.

82,855 mm von der Mitte der zwei benachbarten Spalt- Außer der Wärmewirkung kann ein scharfer Gegen-

stoffelemente 24 und befindet sich daher im Abstand stand für das Durchstoßen der Barriere verwendet

von 33,02 mm von der Mitte des Regelarmes 84, der werden. Dies kann dadurch geschehen, daß ein Sperr-

an diesen zwei Spaltstoff elementen vorbei nach unten 20 organ für eine Feder zum Schmelzen gebracht wird,

schwingt. Die Lage des Rohres 120 wird durch die welche bei ihrer Freigabe einen scharfen Gegenstand

Lage des Kanals 144 innerhalb der Abschirmungen 60 gegen eine Barrierenmembran treibt,

und 62 bestimmt. Der Kanal 144 befindet sich daher Die Expansionskammer 130 kann fast völlig mit

in den Abschirmungen 60 und 62 zwischen einer die einem Moderatormaterial, wie Beryllium oder Graphit,

Seiten einer einzigen Reihe von Kanälen 64 und 66 a5 gefüllt sein, um zu verhindern, daß deren Raum wäh-

tangierenden Ebene und einer die Achsen der Kanäle rend des normalen Betriebs des Reaktors völlig mit

64 und 66 in dieser Reihe enthaltenden Ebene. radioaktivem Abfall gefüllt wird. Eine Expansion des

In der Montageplatte 42 ist eine Bohrung 146 vor- Gases in die Expansionskammer 130 erfolgt dann nur

gesehen, die sich mit dem Kanal 144 in Ausfluchtung in die Zwischenräume des Moderatormaterials, in

befindet. 3° welchem seine Wirkung proportional der tatsächlich in

Die Sicherheitsvorrichtung wird in der vorangehend der Lage hohen statischen Gewichts im Reaktor bebeschriebenen Weise ausgebildet und die Gaskammer findlichen Gasmenge ist.

132 mit Helium-3 gefüllt. Sodann wird sie in den Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß durch die

Reaktor durch den Kanal 144 in die obere Abschir- beschriebene Sicherheitsvorrichtung alle einleitend ge-

mung 60 und in die untere Abschirmung 62 eingesetzt 35 stellten Forderungen erfüllt werden. Die Sicherheits-

Damit die Sicherheitsvorrichtung die maximale Wir- vorrichtung ist in jeder Beziehung zuverlässig, da das

kung auf die Reaktivität des Reaktors hat, ist es Durchbrennen derselben nur von Kernwirkungen

zweckmäßig, sie so nahe wie möglich dem mittleren innerhalb eines Körpers aus U²³⁵ abhängt. Es ist keine

Spaltstoffelement 24 anzuordnen. Sie wird daher be- Möglichkeit gegeben, die das Durchbrennen der Siche-

nachbart dem mittleren Spaltstoffelement 24 in der in 4° rung verhindern kann, wenn der Neutronenfluß den

Fig. 2 und 4 gezeigten Lage angeordnet. festgelegten Gefahrenpunkt erreicht. Ferner tritt die

In dieser Lage erstreckt sich das obere Ende des Sicherheitsvorrichtung erst in Wirkung, wenn der GeRohres 120 bis zu einem Punkt unmittelbar oberhalb fahrenpunkt erreicht ist. Ein durch Bomben oder Erdder Oberseite der oberen Abschirmung 60, befindet beben verursachter Schlag oder Stoß, der die Sichesich die Gasexpansionskammer 130 benachbart der 45 rung auslöst, dürfte dann so stark sein, daß es tat-Spaltstoffzone der Spaltstoffelemente 24 und die Gas- sächlich angebracht ist, daß der Reaktor abgeschaltet Speicherkammer 132 unmittelbar oberhalb der Spalt- wird. Die Sicherheitsvorrichtung erfordert keine mestoffzone. Die Sicherung 136 befindet sich 7,5 cm unter chanischen oder elektrischen Einrichtungen, bei denen der Oberseite der Spaltstoffzone, Störungen auftreten oder die Gegenstand von

In der Gasspeicherkammer 132 ist Helium-3 unter 5° Sabotagemaßnahmen werden können. Eine Sabotage einem Druck von 114 at gespeichert. Die dasHelium-3 ist praktisch unmöglich, da die Sicherheitsvorrichtung umgebende Kadmiumschicht 134 verhindert eine Zer- völlig aus dem Reaktor herausgenommen werden störung des Gases durch Neutronenabsorption. Da müßte, um an ihr eine Handlung vorzunehmen, durch sich der größte Teil der Gasspeicherkammer 132 ober- die ihre Wirkung beeinträchtigt oder verhindert wird, halb der Spaltstoffzone befindet, hat das Gas infolge 55 Da das Gas sich im Röhr befindet, ist es verhältnisseiner Lage ein niedriges statisches Gewicht innerhalb mäßig einfach, das Rohr herauszunehmen und durch des Reaktors, d. h., die Wirkung des Gases auf die ein anderes zu ersetzen. Wie erläutert, hat das DurchReaktivität des Reaktors ist vergleichsweise gering. brennen der Vorrichtung keine Beschädigung des Re-

Die Kernsicherung 126 ist so ausgebildet, daß sie aktors irgendwelcher Art zur Folge,

sich selbst zerstört, wenn der Neutronenfluß an der 60 Die Sicherheitsvorrichtung kann der Verwendung

Stelle, an der sie angeordnet ist, einen Wert von in praktisch jedem Reaktor angepaßt werden. Es ist

10^ls Neutronen/cm²-see erreicht. Ihre Wirkungsweise lediglich erfoderlich, daß im Reaktor ein Kanal für

ergibt sich aus dem Vorangehenden. Der Neutronen- das Einsetzen des Rohres vorgesehen wird und das

fluß im Reaktor hat zur Folge, daß U²³⁵-Atome im Rohr so ausgebildet ist, daß das Gas in einer Lage

zylindrischen Körper 140 aus U²³⁵ eine Spaltung er- 65 niedrigen statistischen Gewichts gehalten wird und

fahren. Die hierbei frei werdende Wärme wird auf die beim Durchbrennen der Sicherung eine Lage hohen

Kupferscheibe 138 übertragen, welche schmilzt, wenn statistischen Gewichts einnimmt. Die Konstruktion der

die auf sie übertragene Wärmemenge größer ist, als Sicherung hängt von ihrer genauen Lage im Reaktor

sie an den Stahlring ableiten kann. Dies hat zur sowie von dem Fluß ab, bei dem sie ausgelöst werden

Folge, daß sich das Helium-3 in die Expansionskam- 70 soll.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens beliebige Abänderungen erfahren.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Sicherheitsvorrichtung in Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß eine geschlossene rohrartige Hülle (120), die von einer Sperre (126) mit einer Schmelzsicherung, welche ein durch Neutronen von thermischer Energie spaltbares Material aufweist und durch thermisches Ansprechen auf eine vorbestimmte Erhöhung des Neutronenflusses die Sperre zerstört, in einen Speicherraum (132), der ein Gas mit großem Neutronenabsorptionsquerschnitt unter hohem Druck enthält, und einen Expansionsraum (130) geteilt ist, in welchen sich bei der Zerstörung der Sperre das Gas ausdehnt, so im Reaktor angeordnet ist, daß sich der Speicherraum außerhalb des Spaltstoffbereiches (102) befindet, während der Expansionsraum im Spaltstoffbereich liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre von einem eine Kupferscheibe umgebenden Ring aus rostfreiem Stahl gebildet wird, wobei das spaltbare Material (140) mit der Kupferscheibe in Kontakt steht und eine solche Masse hat, daß es bei der vorbestimmten Erhöhung des Neutronenflusses die Scheibe zum Schmelzen bringt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Neutronen von thermischer Energie spaltbare Material U²³⁵ ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum mit einer Kadmiumschicht umgeben ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Expansionsraum ein Moderator angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit hohem Neutronenabsorptionsquerschnitt BF₃ ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit hohem Neutronenabsorptionsquerschnitt Helium-3 ist.

8. Kernreaktor mit einem ein durch Neutronen von thermischer Energie spaltbares Material enthaltenden Kern, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7 ausgestattet ist.

9. Kernreaktor nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Kern aus einer Anzahl senkrecht angeordneter Spaltstoffelemente, die eine Spaltstoffzone aufweisen, welche durch Neutronen von thermischer Energie spaltbares Material enthält, und in Reihen innerhalb eines Schwerwassermoderators angeordnet sind, eine Anzahl Regelarme, die so angeordnet sind, daß sie in den Moderator zwischen den Reihen der Spaltstoffelemente schwenkbar sind, ein Abschirmungsaggregat, das oberhalb des Reaktorkerns angeordnet und mit senkrechten, mit den Spaltstoffelementen in Ausfluchtung befindlichen Kanälen versehen ist, wobei die Sicherheitsvorrichtung sich nach unten durch den Kern des Reaktors erstreckt, in einem zusätzlichen Kanal in der Abschirmung zwischen einer die Seiten einer Reihe von Kanälen tangierenden Ebene und einer Ebene angeordnet ist, in welcher die Achsen der Kanäle dieser Kanalreihen liegen, und der Expansionsraum benachbart der Spaltstoffzone eines Spaltstoffelements und der Speicherraum in größerem Abstand oberhalb der Spaltstoffzone des Spaltstoffelements angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Nucleonics, Bd. 13, 1955, Heft 8, S. 30 bis 33.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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