DE1861106U

DE1861106U - Vorrichtung an kernreaktoren.

Info

Publication number: DE1861106U
Application number: DEU3200U
Authority: DE
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1960-06-14
Filing date: 1961-06-13
Publication date: 1962-10-31
Also published as: GB911135A

Description

UIITED KIISDOM AIOMIO BEBRSY AUTHORITY Vorrichtung an Kernreaktoren

Die !feuerung bezieht sich auf solche Kernreaktoren, die als durch organische Flüssigkeit moderierte und gekühlte Reaktoren bekannt sind( s.z.B. die Zeitschrift Ir.. 221 der Genfer Konferenz zur friedlichen H'utzung der Atomenergie, 1958, Band 9, Seiten 468 bis 489, von O.A. Trilling, der über das Experiment mit dem amerikanischen organisch gekühlten und moderierten Reaktor berichtet.) Die leuerung bezweckt den verbesserten Aufbau eines solchen Reaktors.

Der neuerungsgemässe Reaktor setzt sich zusammen aus einem aufrechstehenden. Druckbehälter von allgemein zylindrischer Form, der in seinen unteren Bereichen einen Reaktor-Kernaufbau und einen Abschirmungsaufbau rund herum und unterhalb des Kernaufbaus sowie in seinen oberen Bereichen einen ringförmig angeordneten Wärmeaustauscher um eine hohle Säule herum aufweist, welche sich in Richtung auf den oberen Teil des Kernaufbaus erstreckt, wobei der Druckbehälter mit einer organischen Flüssigkeit gefüllt ist, die als Moderator und Kühlmittel dient und in den Kernaufbau, den Abschirmungsaufbau und den Wärmeaustauscher eintaucht, sowie aus einer Pumpe zum Hervorbringen einer Strömung dieser Flüssigkeit in Aufwärtsrichtung durch den Kernaufbau, entlang der Säule, durch den Wärmeaustauscher sowie durch und rund um den Abschirmungsaufbau und γόη dort zum Kernaufbau, wobei die Anordnung soi: getroffen ist, dass die Abschirmung, die im Abschirmungsaufbau vorgesehen ist, in Verbindung mit der Abschirmung innerhalb der organischen Flüssigkeit die Aktivität an der äusse-

ren Oberfläche des vorgenannten Kessels auf ein solches Mass vermindert, dass sich eine -AToschirmang ausserhalb des Behälters erübrigt.

Die Feuerung wird an Hand der sie "beispielweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt.

Fig. 1 im Schnitt einen Schiffsreaktor, während
3?ig. 2 eine Draufsicht an der linie H-II der Fig. 1
wiedergibt.

In der Zeichnung ist innerhalb eines Schmiedestahl-Gehäuses 51 ein zylindrischer Druckbehälter 10 aus Silieium-Stahl mit einem Durchmesser von etwa 5>5m und einer Dicke von 38 mm vorgesehen, um einen Arbeitsdruck von 6,7 kg/cm aufzunehmen. Der Behälter 10 ist in einen oberen Bereich 11 und einen unteren Bereich 12 durch eine ringförmige Prallplatte 13 aufgeteilt. Im unteren Bereich 12· ist ein -Reaktor-Kernaufbau 14 vorgesehen, der zwischen einem oberen Gitter 15 und einem unteren Gitter 16
getragen wird und von einem Reflektor 17 umgeben ist. Ein Absehirmungsaufbau 18 aus Schmiedestahl in mit Abstand angeordneten Schichten 36, die quer zum Weg: der vom Reaktor- Kernaufbau 14 ausgesandten Neutronen liegen, besteht aus zwei Grundbauteilen, nämlich einem achtkantigen Seitenteil 19 um den
Kernaufbau herum und einem. Basisteil 20 unterhalb des Kernaufbaus. Im oberen Bereich 11 befinden sich acht Wärmeaustauscher 21, die je"einen Überhitzerabschnitt 22 und einen ■Verdampferabschnitt 23 aufweisen. Die Wärmeaustauscher 21 sind
in einem ringförmigen Raum um eine hohle achtkantige Säule 24 angeordnet, die sich in Richtung auf den Kern 14 erstreckt»
Die Säule 24 setzt sich zusammen aus einem oberen Borstahl-Abschnitt 24b ( welcher Wärmeaustauscher 21 schützt) und einem unteren Schmiedestahl-Abschnitt 24a.

Der Behälter 10 ist mit "Santowax R" einem organischen Flüssigkeitsmoderator und -kühlmittel auf Terphenyl-Basis gefüllt (s.Zeitschrift Ir. 1779 von CA. Trilling, 1958, Genfer Konferenz, Band 29, Seiten 292 bis 311). Die Flüssigkeit hat

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iiiciit unwesentliche Heutronenabsorptionseigenschaften, wird durch vier Pumpen 25 in Umlauf gebracht, die mit Auslassöffnungen 39-im Behältsr Io verbunden sind, und läuft durch äussere Leitungen 48 (E¹Ig.; 2 ) sowie durch Grobfilter 4-2 und Trennbzw. Rohrbruch-Yentile 4-3». um wieder in den' Behälter über Einlassöffnungen 4ö zu gelangen. Die Flüssigkeit läuft dann weiter durch den Absehirmungsaufbau 18, durch Aussparungen 5o im Säulenabschnitt 24a, aufwärts durch den Kernaufbau 14? entlang dem Inneren der Säule 24 und abwärts durch die Wärmeaustauscher 21, wie durch Pfeile angedeutet. Der Kern-Binlassdruck beträgt 6,7 kg/cm und die Kernauslasstemperatur 37O⁰C. Es ist eine Nebenschlussverbindung 46 mit Yentil 47 zwischen den Wärmeaustauschern 21 und den zugeordneten Pumpen 25 vorhanden. Dampf/Wasser-Anschlüsse 44 sind nach den Wärmeaustauschern 21 hin vorgesehen»

Der Behälter Io wird auf einem zylindrischen Mantel- oder Sockel 20 gehalten, der unmittelbar oberhalb bzw. über sich —jedoch innerhalb des Behälters Io — einen zylindrischen Aussensockel oder -mantel 27 aufweist, der an seinem inneren Ende an einem inneren zylindrischen Sockel 28 befestigt ist. Ein geschmiedeter Stahlgitter-' Aufbau 29 ist am unteren Inde des Sockels 28 befestigt, wobei der Aufbau acht Arme 3o aufweist, die sich zwischen dem Sockel 28 und einem zentralen Ring 31 erstrecken. Unterhalb der Arme 3o und der Basisabschirmung 2o befindet sich eine Druckbehälter- Abschirmung, die sich aus Schmiedestahl-Teilen 32, 33 zusammensetzt. Das Innere des Behälters Io ist mit einer Schmiedestahl- Abschirmung 45 ausgekleidet, die an ihrem unteren Ende von den Teilen 32, 33 abgestützt wird.- Der Zwischenraum zwischen der Abschirmung 45 und dem Absehirmungsaufbau 18 gewährleistet für die umlaufende Flüssigkeit einen Weg mit geringem Widerstand.

Der Basisteil 2o des Abschirmungsaufbaus 18 wird in der Mitte der Arme 3o getragen und besteht aus einer Reihe von in Abstand angeordneten Platten 34, die in geeigneter Weise mit einundzwanzig Löchern 35.perforiert sind, um den Durchgang des Kühlmittels zu gestatten und die unteren Enden der vertikal ausgerichteten kreuzförmigen Regelstäbe festzulegen. Zur Wahrung

der Übersichtlichkeit sind die Regelstäbe in den Figuren nicht dargestellt; sie halsen jedoch den herkömmlichen Aufbau und bestehen aus 4$igem Borstahl, eingehüllt in rostfreiem Stahl. Die Regelstäbe werden durch einen Mechanismus bewegt, der sich in Standrohren 38 befindet, we-lche mit einem geflanschten Dom 37 im Behälter Io fest verbunden sind.

Der Kernaufbau 14 ist von herkömmlicher Bauart und weist 88 Brennstoffelemente auf, die an den Enden in den Gittern 15, lokalisiert sind. Jedes Brennstoffelement weist ein rohrförmiges, mit dem Kühlmittel in Berührung stehendes Gehäuse auf, welches Bündel von 100 Brennstoffstäben einschliesst, die in Quadratgitterform angeordnet sind. Die G-ehäuse sind in quadratischer Aufteilung in Abstand voneinander angeordnet, wobei die Räume zwischen ihnen als Moderator-Zwischenraum dienen. Die Brennstoffelemente stehen in den Gittern 15, 16 unter Federspannung, damit sie Stossbelastungen widerstehen, die auf den Druckbehälter Io über den Rumpf des Schiffes, in welchem sich der Reaktor befindet, übertragen werden.

Der Reaktor-Brennstoff besteht aus stöchiometrischem UO₉, welches mit einer Dichte von 10,5 g/omr in Tablettenform gepresst und gesintert ist. Die Tabletten sind zu regelmässigen kreisförmigen.Zylindern von 7,7 mm Durchmesser geschliffen. Die Brennstoffhüllen sind aus vakuumgeschmolzenem 18/8 BTb-Stahl hergestellt. Die Hülle hat eine Wandstärke von 0,25 mm,.eine Länge' von etwa 1,5 m und ist mit den Brennstofftabletten einer Wärmebelastung von 600 C ausgesetzt. Die rohrförmigen G-ehäuse sind aus 18/8 rostfreiem Stahl von 0,13 mm Dicke hergestellt.

Die Abschirmung, die innerhalb des Druckbehälters 10 um den Kern herum durch die Moderatorschichten und den Schmiedestahl gebildet wird, erübrigt jegliche äussere Abschirmung. Das Moderator-Kühlmittel, welches ein Kohlenwasserstoff ist, verlangsamt bzw.. bremst schnelle Neutronen, die vom Kern 14 herrühren, so dass sie von dem Schmiedestahl eingefangen werden können, und absorbiert auch selbst verlangsamte oder abgebremste Neutronen, und zwar in erster Linie aufgrund seines Wasserstoffgehaltes. Bin hoher Schutzgrad gegen Bestrahlung wird auf diese Weise für das Behältermaterial erzielt. Man kann

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sich der inneren Oberfläche des Behälters IO zu Inspektionszwecken, durch eine äussere Abschirmung unbehindert, nähern; da die Aktivität der Oberfläche auf ein annehmbares Mass vermindert ist. Die Tiefe des Moderators in der Säule 24 erübrigt die sonst notwendige Stahlabschirmung oberhalb des Kernes 14-. Die eisenhaltigen Abschirmungsaufbauten 18, 2o und 45 schaffen wirtschaftliche Neutronenabsorber*

In den "Empfehlungen der Internationalen Kommission für Strahlenschutz" -/"Recommendations of the International öommission on Radiological Protection"/ (Pergamon Press) werden die maximalen Strahlungsdosen angegeben,die von verschiedenen Personellgattungen oder-gruppen sicher aufgenommen oder ertragen werden können, und wird die lorm/ der Organisation festgelegt, die in Gebieten, die einer Strahlung ausgesetzt sind, zur Anwendung kommen sollte, wobei die vorliegende Neuerung auf diese Empfehlungen abgestellt ist. Zum Beispiel sind unter normalen Betriebsbedingungen folgende Werte gegeben: Zugang zum Reaktorgehäuse 51 für 20 Minuten pro Woche bei einer Dosis von 1 rem (biologisches Röntgenäq.uivalent) pro Woche oder 10 Stunden für eine maximale .Einzeldosis von 3 rem und nach Abschaltung des Reaktors für eine Zeitdauer von ί

I) 15 Minuten, 15 Minuten nach Abschaltung für eine Gesamtdosis von nicht mehr als 12 rem, oder

II) . 45 Minuten, 5 Stunden nach Abschaltung für eine

G-esamtdosis von nicht mehr als 12 rem, oder

III) -8 Stunden pro Tag für eine 3-wöchige Instandsetzungsperiode, beginnend zwei Wochen nach Abschaltung, für eine Gesamtdosis von nicht mehr als 2 rem.

Ausserdem Zugang zu kontrollierten Bereichen ausserhalb des Reaktorgehäuses (z.B.zum Reaktorkontrollraum) ununterbrochen 8 Stunden pro Tag für eine Dosis von nicht mehr als 0,5 rem pro Jahr»

Die gesamte Hitze bzw. Gesamtwärme, die in der Abschirmung 18 während des Reaktorbetriebs erzeugt wird,/wird zum Kühlmittel rückgeführt, da das Kühlmittel durch und-um die Abschirmung herum strömt,- wobei das Seitenteil 19 dicht am Reaktor-

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kern 14 den grösseren Anteil des Kühlmittelstromes aufnimmt. In den vom Kern 14 entfernt liegenden Teilen fliesst grundsätzlich ein geringer Anteil, um einen Stillstand bzw.. eine. Stockung zu verhindern. Die Konstruktion bedingt nur wenig Zubehör für den Druckbehälter, ein Merkmal, welches bei Schiffsreaktoranlagen von besonderer Bedeutung ist, die wesentlichen Stoss- und Beschleunigungskräften ausgesetzt sind, wobei die Zubehörteile schwache Stellen ,bilden*

Da die Kühlmitteldrücke bei einem durch organische Flüssigkeit moderierten und gekühlten Reaktor nicht sehr hoch

zu sein brauchen (z.B. 7,o3kg/cm )« sind die Kosten für die Anpassung bzw. den Einbau des Abschirmungsaufbaue 18 innerhalb des Druckes ( Druckbereiches) durch Torsehen eines grösseren Druckbehälters durchaus erschwinglich.

Auch auf die Wärmeaustauscher 41, die innerhalb des Druckbehälters Io angeordnet sind,, wirkt sich die innere Abschirmung, die durch die Moderator- Flüssigkeit, den Abschirmungsaufbau 18 und den Säulenabschnitt 24b gebildet wird, günstig aus.

Typische Abmessungen für die vorgesehene Abschirmung sind folgende :

Säule 24 oberer Abschnitt 24b- 3/4 Zoll ( 19,05 mm) Borstahl

unterer " 24a- 3/4 Zoll ( 19>O5 mm) Schmiedestahl Seitenabschirmung ( vom Kern nach aussen)

6 Zoll ( 152,4 mm ) Santowax ".,'. (Reflektor 17)

4 Zoll ( 101,6 mm ) Stahl

4 Zoll ( 101,6 mm) Santowax

4 Zoll ( 101,6 mm ) Stahl

4 Zoll ( 101,6 mm ) Santowax

6 Zoll ( 152,4 mm") Stahl

1/4 Zoll (6,35 ii ) Santowax

6 Zoll ( 152,4 mm ) Stahl

1/4 Zoll (6,35 mm ) Santowax

2 Zoll (50,8 mm ) Stahl

30 Zoll ( 762 mm ) Santowax

4 Zoll ( 101,6 mm ) Stahl ( Abschirmung 45 )

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Boaenabschirmung. ( vom Kern abwärts )

6 Zoll ( 152,4 mm ) Santowax (Reflektor 17) 3/8 Zoll ( 9,525 mm ) Stahl (Gitter 16)

9 Zoll ( 228,6 mm ) Santowax 3/8 Zoll ( 9,525 mm ) Stahl (Gitter 16) Zoll ( 838,2 mm ) Santowax 3 Zoll ( 76,2 mm ) Stahl

3 Zoll ( 76,2 mm ) Santowax 3 Zoll ( 76,2 mm ) Stahl

3 Zoll ( 76,2 mm ) Santowax 6 Zoll (152,4 mm ) Stahl
Zoll (457,2 mm ) Santowax 3 Soll ( 76,2 mm ) Stahl ( Abschirmung 32 )

Obere Abschirmung. ( vom Kern aufwärts )

6 Zoll ( 152,4 mm ) Santowax ( Reflektor 17 )

3/8 Zoll ( 9,525 mm ) Stahl ( Gitter 15 )

9 Zoll ( 228,6 mm ) Santowax

3/8 Zoll ( 9,525 mm ) Stahl ( Gitter 15 )

Zoll ( 6,35 m ) Santowax

Schutzansprüohe

Claims

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT 11""""T vthhV Köln 1 00931, Essen 20362 Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, Siegen i. Westf., Qranienstrpße 14, Postfach 325 Bankkonten: Deutsche Bank AG. Oberhausen (RhId.) und Filiale Siegen 61 178 I/Br. , ' U 5200/2l'g Gm 26.6.1962 UiTITED KIIG-DOM ATOMIC ElBEGY AUTHORITY Schutzansprüche

1.) Vorrichtung an Kernreaktoren mit einem aufrechtstehenden zylindrischen Druckbehälter, welcher einen Kernaufbau und einen Wärmeaustauscher einschliesst und mit Mitteln versehen ist, um das Kern- Kühlmittel in einem Geschlossenkreislauf zunächst durch den Kern und dann durch den Wärmeaustauscher hindurch umlaufen zu lassen, wobei der Kernaufbau im Druckbehälter unten, der Wärmeaustauscher oben angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher (21) in Ringform sich um eine Hohlsäule (24) erstreckt, die abwärts nach dem Scheitelpunkt des Kernaufbaus (14) reicht, dass der Druckbehälter mit einer organischen Flüssigkeit gefüllt ist, welche als Moderator und Kühlmittel wirksam ist, dass eine Abschirmeinrichtung (18) rund um den Kernaufbau (14) und unterhalb desselben vorgesehen ist, und dass die Flüssigkeit zum Aufwärtsströmen durch den Kernaufbau (14), durch den Wärmeaustauscher (21), durch die Abschirmvorrichtung (18) und rund um diese herum und von dort zurück nach dem Kernaufbau (14) gebracht wird, wobei das Abschirmausmass, bedingt durch die Abschirmvorrichtung (18) zusammen mit der Abschirmung durch die Flüssigkeit, die Aktivierung bzw. die Strahlungsstärke an der Aussenflache des Druckbehälters (10) auf einen Wert begrenzt, welcher eine Abschirmung ausserhalb des Behälters (10) entbehrlich macht.

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2.) Vorrichtung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmungsauf "bau (18) eine Reihe von in Abstand angeordneten Schichten ( 34» 36) aus neutronenabsorbierendem Material aufweist, wobei die Zwischenräume zwischen den Schichten Strömungswege für die Flüssigkeit bilden.