DE1261606B - Zwischen dem thermischen Schild und dem Kern eines Atomkernreaktors eingefuegter Reflektor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

S 83855 VIII c/21 g
22. Februar 1963
22. Februar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen zwischen dem thermischen Schild und dem Kern eines Atomkernreaktors eingefügten Reflektor mit schichtweise aufeinandergestapelten, einen zylindrischen Hohlraum einschließenden, von außen mittels über die gesamte Höhe des Reflektors durchlaufender, vertikaler Stäbe und zwischen diesen und dem thermischen Schild eingefügter elastischer Bauteile unter elastischem, in radialer Richtung wirkenden Druck gehaltenen Graphitblöcken von kreisringsektorförmigem Querschnitt.

Ein in dieser Art aufgebauter Reflektor für Kernreaktoren ist in der britischen Patentschrift 868 677 beschrieben. Bei diesem Reflektor liegen jedoch die einzelnen Graphitblöcke auf ihrer gesamten Länge unmittelbar aneinander an, und die Gesamtanordnung ist so getroffen, daß die einzelnen Blöcke unter Aufrechterhaltung des erforderlichen Zusammenhalts so viel Bewegungsfreiheit behalten, daß sie äußeren und inneren mechanischen Beanspruchungen etwa durch den Wigner-Effekt oder durch Temperaturänderungen im Lauf des Reaktorbetriebes nachgeben können, ohne zerstört zu werden. Voraussetzung für dieses Bauprinzip ist also, daß rund um die Blöcke ein freier Raum vorhanden ist, in den hinein sie sich ausdehnen können. Ein solcher Ausdehnungsraum läßt sich jedoch nicht in allen Fällen vorsehen, so daß ein Reflektoraufbau mit einer derartigen Bewegungsfreiheit der einzelnen Blöcke nicht immer anwendbar ist.

Einen diesem Gesichtspunkt Rechnung tragenden Reflektoraufbau beschreibt die deutsche Auslegeschrift 1118 900, bei der eine Formänderung des Reflektorstapels unter dem Einfluß innerer oder äußerer Kräfte verhindert ist. Diese Formstabilität des Reflektorstapels wird dabei jedoch dadurch erreicht, daß die Seitenflächen der einzelnen Graphitblöcke derart mit Ausnehmungen versehen sind, daß eine Berührung benachbarter Blöcke in einer Schicht an den Seitenflächen nur längs eines kurzen Streifens an den Blockenden stattfindet. Ein derartiger Reflektoraufbau ist aber mit einer doppelten Beanspruchung der Blockenden verbunden, da diese zum einen die infolge der eigenen Formänderung auftretenden Kräfte aufnehmen und zum anderen der durch die Verringerung des wirksamen Querschnitts vergrößerten Flächenpressung standhalten müssen. Eine derartige mechanische Belastung der ohnehin thermisch und strahlungsmäßig am meisten beanspruchten Blockenden ist jedoch für deren Lebensdauer und damit für die des gesamten Reflektors äußerst ungünstig.

Zwischen dem thermischen Schild und dem Kern eines Atomkernreaktors eingefügter Reflektor

Anmelder:

Ste des Forges et Ateliers du Creusot, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz

und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte,

8000 München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 12. März 1962 (890744)

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Reflektor anzugeben, bei dem unter Aufrechterhaltung der Formstabilität des gesamten Reflektorstapels kein Teil der den Stapel bildenden Graphitblöcke einer unzulässigen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt ist und insbesondere die inneren Enden dieser Graphitblöcke mechanisch überhaupt entlastet sind.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Reflektor dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß an den dem eingeschlossenen Hohlraum zugewandten Enden der Blöcke parallel zu deren horizontalen und vertikalen Grenzflächen verlaufende Spalte derart vorgesehen sind, daß sich einander benachbarte Blöcke erst außerhalb eines Kreises von einem den Innendurchmesser des Reflektors übersteigenden Durchmesser berühren.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann man den nach dem obigen Prinzip aufgebauten seitlichen Reflektor durch einen unteren Reflektor in Form eines flachen Bodenteils aus zwei Lagen quaderförmiger Graphitblöcke ergänzen, deren Längsrichtung in der einen Lage von der in der anderen Lage abweicht.

In der Zeichnung ist ein spezielles Ausführungsbeispiel eines Reflektors gemäß der Erfindung veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 einen durch den Reflektor geführten vertikalen Axialschnitt
Fig. 2,

längs der Schnittlinie I-I der

809 509/2S1

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F i g. 2 eine Aufsicht auf den Reflektor, in der ein Die Schichten a, b, c.. .s, t von Graphitblöcken,

Teil aufgebrochen und im Schnitt längs der gestuften welche den seitlichen Reflektor 1 bilden, werden in Schnittlinie ΙΙ-Π der F i g. 1 dargestellt ist, folgender Weise erstellt:

F i g. 3 in größerem Maßstab einen Schnitt längs "Jede dieser Schichten besteht aus einer größeren der Schnittlinie III-III der Fig. 1, 5 Anzahl von Blöcken Nl, N2... Nn, die mit ihren

F i g. 4 einen Schnitt längs der Schnittlinie IV-IV vertikalen Seitenflächen r zu einem Kranz dicht ander F i g. 3, einandergefügt sind, und zwar in der strahlenartigen

F i g. 5 einen Schnitt längs der Schnittlinie V-V der Anordnung, wie sie die F i g. 2 zeigt. Die Graphit-F i g. 4. blöcke sind aus quaderförmigen Graphitbarren aus-

Wie die F i g. 1 zeigt, besteht der seitliche Reflektor io geschnitten. Eine einzige der veritkalen Seitenflächen aus einem hohlzylindrischen Körper 1, der durch ra (F i g. 3) ist in der erforderlichen Schrägrichtung Übereinandersetzen einer größeren Zahl von Schich- bearbeitet, um das Zusammenfügen der etwa ringten α, b, c... s und t hergestellt ist. Jede dieser sektorförmigen Blöcke in der strahlenartigen Anord-Schichten besteht aus einer größeren Anzahl von nung möglich zu machen. Bei den Flächenstößen, die Graphitblöcken, die weiter unten beschrieben wer- 15 beim Aneinanderfügen zweier vertikaler Seitenflächen den. der Blöcke entstehen, wechseln Stoßflächen -ra (in

Der seitliche Reflektor 1 wird in den etwa zylindri- denen zwei bearbeitete Flächen zusammenliegen) mit sehen Hohlraum zwischen dem aus Aluminium be- Stoßflächen rb ab (die nicht bearbeitet sind),
stehenden Reaktorgefäß 2 und dem seitlichen thermi- In dem mittleren Teil des seitlichen Reflektors

sehen Schild 3 eingeführt, der aus einem Stahlmantel 20 zwischen den beiden Wärmeisolierungen 24 bilden besteht. Der seitliche Reflektor 1 ruht auf einem ■ die äußeren Flächen/ der Graphitblöcke senkrecht Stahlring 4, der sich seinerseits über Abstützungen 5 zu den vertikalen Stoßflächen rb liegende vertikale ^aÄ f ^ηϊ "^ntere\^thermi^sc _f ^he.ⁿ ₁ ^S.^c ₊ ^{hiId 6} ™^S}^ai? ^ab' Umfangsflächen eines Prismas mit i-Prismenseiten, stutzt. Über mehrere Zufuhrleitungen 8 strömt von ^ö 2 '

unten Kühlluft zu, die durch den zylindrischen Ring- 25 das in einen Zylinder mit Kreisgrundfläche einbe-

spalt 9 zwischen dem seitlichen Reflektor 1 und dem schrieben ist.

seitlichen thermischen Schild 3 hindurchströmt und In den Zonen der Wärmeisolierungen 24 sind die

am oberen Teil des Reflektors durch Leitungen 10 äußeren Flächen der Graphitblöcke gegenüber denen

austritt. der mittleren, nicht thermisch isolierten Zone derart

Der Bodenteil des Reflektors 1, der den unteren 30 zurückgesetzt, daß man den erforderlichen Platz für Reflektor 11 bildet, ist durch Übereinanderlegen von das Aufbringen der Wärmeisolierung erhält. Die zwei Lagen u, ν von Graphitblöcken gebildet, die inneren Stirnflächen der Graphitblöcke, die dem Reweiter unten beschrieben werden. Der untere Reflek- aktorgefäß 2 zugewandt sind, werden nach dem Zutor 11 ruht auf einer Stahlplatte 12, die sich über Ab- sammenbau jeder Blockschicht bearbeitet, sie liegen Stützelemente 13 auf den unteren thermischen 35 in einer zylindrischen Fläche.
Schild 6 abstützt. Die Blöcke der unterschiedlichen Schichten sind in

Der Graphit des unteren Reflektors 11 ist durch Umfangsrichtung gegeneinander versetzt, so daß ein

zwei Abdeckungen 14 und 15 thermisch isoliert, von direktes Übereinanderliegen von vertikalen Stoß-

denen die eine zwischen der Stahlplatte 12 und dem flächen in zwei einander benachbarten Schichten verthermischen Schild 6 und die andere zwischen der 40 mieden ist.

oberen Lage ν und der Tragplatte 16 des Reaktor- In jeder der Schichten sind die Graphitblöcke mit-

gef äßes 2 angeordnet ist. einander durch zylindrische Graphitverbindungskeile

In dem unteren Reflektor 11 (vgl. auch F i g. 2) 25 verbunden bzw. aneinander festgelegt, die in zy-

sind einerseits ein zentraler Durchlaß 17, durch den lindrische Aufnahmen 26 eingefügt werden, deren eine Zuleitung 18 hindurchgeht, durch welche schwe- 45 Achsen in der Vertikalebene der Verbindungsfläche

res Wasser in das Reaktorgefäß 2 hineinfließt, ande- zweier benachbarter Blöcke liegen,

rerseits drei Durchlässe 19 vorgesehen, in denen die Der Flächenkontakt zwischen den Blöcken zweier

Leitungen 20 für den Abfluß des schweren Wassers übereinanderliegender Schichten und der Kontakt

liegen. Dem zylindrischen Ringraum 21 um die Zu- zwischen zwei einander benachbarten Blöcken der

flußleitung 18 wird über von unten kommende Kühl- 5° gleichen Schicht erstreckt sich nicht über die gesamte

luftleitungen 7 Luft zugeführt. Die Kühlluft strömt radiale Länge der Blöcke.

von hier in den Raum 22 zwischen dem unteren Re- Wie die F i g. 3 zeigt, sind an den vertikalen

flektorll und der Tragplatte 16 des Reaktorge- Flächen der Blöcke abgesetzte Anschnitte vorge-

fäßes 2 und dann in den zylindrischen Ringraum 23 sehen, so daß zwischen den verschmälerten inneren

zwischen dem Gefäß 2 und dem seitlichen Reflektor. 55 Enden der Blöcke schmale, spaltartige Zwischen-

Zwei zylindrische Wärmeisolierungen 24 sind räumet entstehen, die sich beispielsweise über ein

einerseits am unteren, andererseits am oberen Um- Drittel der Länge der Blöcke erstrecken und von den

fangsteil des seitlichen Reflektors vorgesehen. innenliegenden Flächen ausgehen. Diese Zwischen-

Die Kühlung, die durch den Umlauf der Luft in räume oder Spalten reichen bis zu den Aufnahmen 26

dem äußeren zylindrischen Ringspalt 9 erzielt wird, 60 der Zylinderkeile 25.

gestattet es, die Temperatur im mittleren Höhenbe- Entsprechende Anschnitte sind an den horizonreich des Reflektoraufbaues auf einem mäßigen, zu- talen Flächen der Graphitblöcke derart vorgesehen, lässigen Wert zu halten. Durch die Wärmeisolierun- daß zwischen den inneren Enden dieser Blöcke gen 24 wird die Kühlung an den wesentlich kälteren schlitzartige Zwischenräume B entstehen (Fig. 4). Endteilen des Reflektoraufbaues verringert, um die 65 Die durch die Schlitze A und B gegebene Zurück-Auswirkungen des Wigner-Effekts zu begrenzen, die Verlegung des Beginns des Flächenkontakts zwischen bekanntlich um so größer sind, je niedriger die Tem- den Blöcken auf einen Durchmesser D, der wesentperatur ist. lieh größer ist als der Innendurchmesser des seitlichen

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Reflektors, führt zu einer Verringerung der radialen Reflektors werden die Kopfschrauben 38 jeweils um Dehnung der Blockschichten, die durch den Wigner- einen gewissen Betrag gelockert, damit der Druck, Effekt und die Temperaturänderungen bedingt sind, den die Tellerfedern 32 auf die Stange 27 ausüben, da der Kreis, in dem dieser Kontakt beginnt, in einer durch diese auf die Blockschichten übertragen wird. Zone liegt, in der der Neutronenfluß und die Tempe- 5 Die radialen Zusammenhaltekräfte, die in jeder ratur bereits wesentlich kleiner sind als am inneren Blockschicht nur auf eine begrenzte Anzahl von Umfang des Reflektors. Andererseits verteilen sich Blöcken ausgeübt werden, werden nach und nach auf die radialen Dehnungen auf zwei einander entgegen- die anderen Blöcke der Schicht über die Zylindergesetzte Richtungen, und ihre Wirkungen sind weni- keile 25 übertragen.

ger groß, als sie sich bei einer Dehnung in einer ein- io Eine gewisse Biegsamkeit, die den Stangen 27

zigen Richtung ergeben würden. eigen ist, gestattet es diesen Stangen, jederzeit genau

Die vertikale Dehnung, die durch die schlitzartigen den Verformungen zu folgen, die sich in der entspre-

Zwischenräume B klein gehalten wird, verhindert, chenden Erzeugenden des seitlichen Reflektors ein-

daß der Reflektoraufbau unerwünscht große Verfor- stellen,

mungen in seiner Vertikalrichtung erfährt. 15 Der Umfangswinkelabstand zwischen den Stangen

Um zu verhindern, daß die radialen Dehnungen, 27 ist so regelmäßig wie möglich, wobei jedoch auf welche noch bestehenbleiben, den Zusammenhalt der das Vorhandensein einerseits einer Diffusions-Blöcke in den unterschiedlichen Schichten beein- kolonne, die in einer bestimmten Richtung in einem trächtigen, sind um den seitlichen Reflektor herum Raum C angeordnet ist (vgl. F i g. 1 und 2), und eine Anzahl von elastischen Zusammenhaltvorrich- 20 andererseits der horizontalen Experimentierkanäle tungen vorgesehen, die im wesentlichen in gleichen des Reaktors, die nicht dargestellt sind, Rücksicht Abständen voneinander liegen. Diese Zusammen- genommen werden muß.

haltevorrichtungen sichern andererseits das Aufrecht- Die Anwesenheit solcher horizontaler Experimen-

erhalten der Form der Außenfläche des seitlichen tierkanäle kann dazu führen, daß die Blockschichten

Reflektors, die eine Rotationsfläche bleiben soll, 25 unterschiedliche Stärken haben müssen und auch die

deren Achse mit der des Behälters 2 zusammenfällt. bestimmten gegenseitigen Winkelversetzungen der

Jede der Zusammenhaltevorrichtungen besteht aus Blöcke gewisser Schichten unterschiedlich sind, damit

einer vertikalen Metallstange 27 von rechteckigem die Achsen dieser Kanäle einerseits in den horizon-

Querschnitt, die sich über die gesamte Höhe des seit- talen Berührungsebenen zweier übereinanderliegen-

lichen Reflektors erstreckt. Die Stange ist mit einem 30 der Schichten und andererseits soweit wie möglich in

gewissen Seitenspiel (F i g. 3) in eine Vertikalnut 28 den vertikalen Berührungsebenen liegen. Auf diese

eingelegt, die an dem Umfang des Reflektoraufbaues Weise vermeidet man stärkere Schwächungen der im

eingearbeitet ist. Die Stange 27 liegt auf dem Boden Bereich dieser Kanäle liegenden Blöcke,

dieser Nut auf. Weiterhin können die gegenseitigen Winkelverset-

Jede Stange 27 wird andererseits durch elastische 35 zungen der Blöcke bestimmter Schichten durch das Druckelemente von außen her gestützt, die mit ge- Vorhandensein von Vertikalkanälen beeinflußt wereigneten Höhenabständen am äußeren Umfang vor- den, die in dem Reflektor vorzusehen sind, beispielsgesehen sind (F i g. 1), um die durch die Ausdehnung weise Kanälen für die Herstellung von Isotopen, bedingten Kräfte aufzunehmen. Auch hier werden die vertikalen Berührungsebenen

Jedes dieser elastischen Druckelemente enthält 40 dann so gelegt, daß örtliche Schwächungen der eine in die Innenschale 29 der Betonumhüllung des Blöcke weitgehend eingeschränkt werden.
Reaktors eingeschweißte Gewindemutter 30, in die Die Lagen u und ν des unteren Reflektors 11 beeine Buchse 31 eingeschraubt ist, die zur Abstützung stehen jede aus relativ langen quaderförmigen einer Säule von Tellerfedern 32 dient. Die Druck- Blöcken. Von der einen zur anderen Lage sind diese kraft der Tellerfedern wirkt auf einen Druckstempel 45 Blöcke in zwei unterschiedlichen Richtungen ange-33, der in der Buchse 31 geführt ist, und wird von ordnet, entweder senkrecht zueinander oder so, daß diesem Stempel über eine schwenkbare horizontale ihre Längsachsen einen bestimmten Winkel mitein-Druckstütze auf die Stange 27 übertragen. Die Druck- ander einschließen, wie dies die F i g. 2 zeigt,
stütze besteht aus zwei miteinander durch ein Ge- Um am Umfang des unteren Reflektors 11 ein winde verbundenen Stützenteilen 34, 35, deren kuge- 50 »Decken« vertikaler Verbindungsebenen zu vermeilige Köpfe in je einer Stützschale 36 liegen, von denen den, ist der äußere Durchmesser der Lage ν wesentdie eine in die Stange 27 und die andere in den lieh größer als der der Lage u. Die Schicht b des seit-Druckstempel33 eingelassen ist (vgl. Fig.4). Zwi- liehen Reflektors hat einen entsprechend vergrößerschenlagen 37 gestatten es, den Abstand zwischen ten inneren Durchmesser.

der Auflagefläche der Tellerfedersäule 32 an der 55 Die in gleichen Abständen angeordneten Löcher Buchse 21 und der äußeren Fläche der Stange 27 auf 39, durch welche nicht dargestellte Winden hindurcheinen gewünschten Wert einzustellen. Die Anfangs- greifen, die das Gefäß 2 des Reaktors abstützen und lage der Stange 27 relativ zur Achse des Reaktor- ihrerseits auf dem Boden 6 des thermischen Schildes gefäßes wird mit Hilfe von Kopfschrauben 38 einge- ruhen, sind derart angeordnet, daß ihre Achsen in stellt, die durch die Stange hindurchgehen und in den 60 den beiden Lagen des unteren Reflektors jeweils in thermischen Schild eingeschraubt sind. Die Einstel- vertikalen Berührungsebenen zweier benachbarter lung der Druckspannung der Tellerfedern 32 erfolgt Blöcke liegen.

mittels der Stützenteile34, 35, deren gemeinsame In jeder der beiden Lagen« und ν werden die Länge unter Ausnutzung des die beiden Teile verbin- Blöcke der Gruppe von vier Blöcken, die um die zendenden Gewindes so geändert werden kann, daß die 65 trale Öffnung 17 herumliegen, durch vier zylindrische Durchbiegung der Federn den gewünschten Anfangs- Keile 40 zusammengehalten und gegeneinander verwert erreicht. riegelt, deren Anordnung in der F i g. 2 für die obere

Beim Aufbau der einzelnen Blockschichten des Lage ν dargestellt ist.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Zwischen dem thermischen Schild und dem Kern eines Atomkernreaktors eingefügter Reflektor mit schichtweise aufeinandergestapelten, einen zylindrischen Hohlraum einschließenden, von außen mittels über die gesamte Höhe des Reflektors durchlaufender, vertikaler Stäbe und zwischen diesen und dem thermischen Schild eingefügter elastischer Bauteile unter elastischem, in radialer Richtung wirkenden Druck gehaltenen Graphitblöcken von kreisringsektorförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß an den dem eingeschlossenen Hohlraum zugewandten Enden der Blöcke parallel zu deren horizontalen und vertikalen Grenzflächen verlaufende Spalte derart vorgesehen sind, daß sich einander benachbarte Blöcke erst außerhalb eines Kreises von einem den Innendurchmesser des Reflektors übersteigenden Durchmesser berühren.

2. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlraumseitigen Enden jedes Blockes mindestens längs einer horizontalen und einer vertikalen Grenzfläche verschmälert sind.

-3. Reflektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem eingeschlossenen Hohlraum abgekehrten Ende der Spalte zwischen benachbarten Blöcken, jeweils nur eine Blockschicht durchsetzende, vertikale Verbindungskeile eingefügt sind.

4. Reflektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen Trennfugen zwischen benachbarten Blöcken jeder Blockschicht gegen die der unmittelbar darüber- bzw. darunterliegenden Schicht versetzt sind.

5. Reflektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe aus Metall bestehen und in am Außenrande des Reflektors in die Blöcke eingearbeitete durchlaufende Nuten eingefügt und über jeweils mehrere horizontale elastische Stützelemente gegen den thermischen Schild abgestützt sind.

6. Reflektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe Eigenelastizität aufweisen.

7. Reflektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Wärmeisolierung, die den oberen und den unteren Teil des Außenrandes des Blockstapels umgibt.

8. Reflektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Bodenteil aus zwei Lagen quaderförmiger Graphitblöcke, deren Längsrichtung in der einen Lage von der in der anderen Lage abweicht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1118 900;
deutsche Patentschrift Nr. 868 677.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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