DE2441999A1

DE2441999A1 - Verfahren zur staendigen kontrolle des zweischalen-reaktorgefaesses eines reaktors und reaktor zur anwendung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2441999A1
Application number: DE2441999A
Authority: DE
Inventors: Pierre Charles Cachera
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1973-09-07
Filing date: 1974-09-02
Publication date: 1975-03-13
Also published as: DE2441999C3; GB1448927A; IT1020736B; FR2243499B1; US4076585A; FR2243499A1; DE2441999B2

Description

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410-23.146Ρ 2. 9. 1974

ELECTRICITE DE PRANCE (Service National), PARIS (Frankr.)

Verfahren zur ständigen Kontrolle des Zweischalen-Reaktorgefäßes eines Reaktors und Reaktor zur Anwendung dieses Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf ein Verfahren zur ständigen Kontrolle des Zweischalen-Reaktorgefäßes eines Reaktors mit schnellen Neutronen, der mit Natrium gekühlt wird, einen ersten Behälter oder Hauptbehälter aufweist, der den Reaktorkern und das unter einer Abdeckung von inertem Gas befindliche Natrium enthält, und der von einem zweiten oder Dopplungsbehälter umgeben ist, wobei die beiden Behälter in einer an ihrem oberen Teil durch eine Platte abgeschlossenen Sicherheitsabschirmung angeordnet sind.'

Das durch die Erfindung zu lösende Problem soll zunächst anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert werden, in der ein schematischer Schnitt längs einer Vertikalebene durch einen Reaktor mit schnellen Neutronen veranschaulicht ist, der mit Natrium gekühlt wird. Soweit es als wärmeübertragendes Fluid in einem Kernreaktor verwendet wird, hat das Natrium den Vorteil,

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daß es nicht unter überdruck steht. Man läuft also nicht Gefahr, im Fall eines Druckabfalls Kühlmittel zu verlieren. Es ist also wesentlich leichter, sich gegen einen Verlust an Flüssigkeitshöhe des Natriums in dem Reaktor zu schützen.

Die klassische Technik besteht darin, daß man sämtliche notwendigen Durchbrüche in dem Reaktorgefäß oberhalb des freien Flüssigkeitsspiegels des Natriums vorsieht. In einem derartigen Reaktor ist der das Natrium aufnehmende und "Hauptbehälter" genannte innere Behälter .1 von sehr einfacher Form ohne irgendeinen schwachen Punkt. Als Vorsichtsmaßnahme "doppelt" man den Hauptbehälter 1, indem man ihn in einen Dopplungsbehälter 2 einbaut, der etwas größer ist. Der Zwischenraum 3 zwischen dem Hauptbehälter 1 und dem Dopplungsbehälter 2 ist im allgemeinen mit einem neutralen Gas unter einem Druck in der Nähe des Atmosphärendruckes gefüllt, wie auch der obere Teil 4 des Hauptbehälters, d. h. der obere Teil des Hauptbehälters, der nicht mit Natrium gefüllt ist.

Die beiden Behälter bzw. das Zweischalenreaktorgefäß sind in einer Sicherheitsabschirmung angeordnet, die aus einem Betonkessel 5 besteht, der durch eine obere Platte

6 abgeschlossen ist, die ggf. drehbare Verschlüsse, wie

7 und 8, aufweist. Die Sicherheitsabschirmung ist ganz allgemein mit einem Kühlkreis 9 versehen, der dazu bestimmt ist, die Betonteile auf einer mäßigen Temperatur zu halten. Dieser Kühlkreis, der zur Vorsicht doppelt vorhanden ist, kann entweder vor (9¹) oder hinter einer thermischen Isolation angeordnet sein und kann an der Abfuhr der Restwärme aus dem Reaktor als letzter Notkreis für den Fall mitwirken, daß die unterschiedlichen Wärmeabfuhrvorrichtungen versagen.

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Wie in der Zeichnung dargestellt, kann der Betonkessel 5 mit einer dichten Auskleidung 10 versehen sein, die gegenüber Natrium dicht ist. Diese Auskleidung 10 kann unmittelbar die Rolle des Dopplungsbehalters 2 spielen, der dann manchmal weggelassen wird. In anderen Fällen behält man gleichzeitig den Dopplungsbehälter 2 und einen gegen Natrium dichten Abschluß bei, der durch den Betonkessel 5 und die Auskleidung 10 gebildet ist. Man hat in diesem Falle eine dreifache Barriere gegen Verlust an Kühlmittel. Bei Wahl dieser Lösung wird den Möglichkeiten für eine Inspektion und eine Unterhaltung Rechnung getragen.

Eine Sicherheitsregel verlangt, daß die Anzahl der voneinander unabhängigen Barrieren oder Trennungsflächen nur in dem Maße Wert hat, in dem diese Barrieren dauernd oder zumindest in regelmäßigen Intervallen während des Betriebes des Reaktors geprüft werden können. In der derzeitigen Technik wird der Hauptbehälter 1 durch einen Detektor für Natriumleckfluß geprüft, der in dem unteren Teil des Raumes 3 angeordnet wird. Auf jeden Fall kann man nicht mit Sicherheit auf die Dichtigkeit des Dopplungsbehälters 2 rechnen, wenn dieser seinerseits das Gewicht des Natriums aushalten müßte. Der Dopplungsbehälter 2 befindet sich im normalen Betriebe nicht unter den gleichen Bedingungen des mechanischenZustandes und der Dichtigkeit, wie er sich in dem Fall befände, daß der Hauptbehälter 1 seine Aufgabe nicht mehr erfüllte.

Der vorliegenden Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur ständigen Kontrolle des Zweischalenreaktorgefäßes sowie einen Reaktor zu entwickeln, die diesen Nachteil beheben und eine ständige

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Kontrolle des Zweischalen-Reaktorbehälters unter denjenigen Bedingungen gestatten, in denen sich der Dopplungsbehälter befinden würde, wenn er das Gewicht des Natriums hätte aufnehmen müssen.

Dieses Verfahren der ständigen Kontrolle des Zweischalen-Reaktionsgefäßes eines Reaktors mit schnellen Neutronen, der mit Natrium gekühlt wird, einen ersten Behälter oder Hauptbehälter aufweist, der den Reaktorkern und das unter einer Abdeckung aus inertem Gas befindliche Natrium enthält und der von einem zweiten oder Dopplungsbehälter umgeben ist, wobei die beiden Behälter in einer an ihrem oberen Teil durch eine Platte abgeschlossenen Sicherheitsabschirmung angeordnet sind, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß man den Zwischenraum zwischen den beiden Behältern mit einem inerten Gas füllt, dieses Gas auf einem Druck hält, der etwa gleich dem Atmosphärendruck ist, daß man in dem Raum zwischen dem zweiten Behälter (Dopplungsbehälter) und der Sicherheitsabschirmung ein Vakuum aufrechterhält und daß man diesen Raum zur Kontrolle der Dichtigkeit des zweiten Behälter überwacht.

Man versteht, daß gemäß der Erfindung Bedingungen geschaffen werden, bei denen der Dopplungsbehälter sich im wesentlichen in der gleichen Lage befindet wie wenn er unmittelbar dem Natrium aufgesetzt wäre.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen natriumgekühlten Reaktor mit schnellen Neutronen zur Durchführung des Verfahrens; dieser Reaktor ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Einspeisen inerten Gases in den Zwischenraum zwischen den beiden Behältern und zum Einhalten eines etwa dem äußeren Atmosphärendruck entsprechenden Druckes in diesem Zwischenraum; Vorrichtungen

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zum Aufrechterhalten des Vakuums zwischen dem zweiten Behälter und der Sicherheitsabschirmung sowie Vorrichtungen zum Feststellen von infolge einer ggfs. vorhandenen Undichtigkeit des zweiten Behälters in den Raum zwischen zweitem Behälter und Abschirmung eingedrungenem Gas.

Die Kontrolle der Behälterdichtigkeit ist dann tatsächlich eine überprüfung des mechanischen Verhaltens des zweiten oder Dopplungsbehälters.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform hat der Reaktor zumindest eine Leitung, deren eines Ende im oberen Teil des ersten oder Hauptbehälters mündet und deren anderes Ende in dem durch den Dopplungsbehälter und die Sicherheitsabschirmung begrenzten Raum mündet; die Leitung bzw. Leitungen sind mit Druck-Berstmembranen versehen.

Auf jeden Fall soll die Erfindung nunmehr in einer ausführlichen Beschreibung erläutert werden, die sich auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht, das in der einzigen Figur der Zeichnung veranschaulicht ist.

Wie bereits vorher angegeben wurde, besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß man ein Vakuum zwischen dem Dopplungsbehälter 2 und der Sicherheitsabschirmung 5 durch beliebige Einrichtungen oder Vorrichtungen, wie Pumpen, aufrechterhält. Um dem äußeren Druck Widerstand zu leisten, ist die Sicherheitsabschirmung als Kessel 5 aus dichtem Beton hergestellt, der überdies notwendig ist, um einen Schutz gegen die von dem Reaktor ausgesandten Strahlung zu bilden. Die Innenseite dieses Kessels hat beispielsweise eine dichte Auskleidung 10, die an dem

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Beton und den Kühlleitungen 9 festgelegt ist. Der Kessel 5 bildet einen einteiligen Konstruktionsteil mit seiner oberseitigen Abdeckplatte 6. Er ist leicht durch Seile in der Weise vorgespannt, daß der äußere atmosphärische Druck nicht bei einem Eindringen über'sich bildende Risse die innere Abdichtung zwischen ihren Festlegepunkten an dem Beton belasten könnte. Die obere Abdeckungsplatte 6 ist ebenfalls aus vorgespanntem Beton; die Vorspannung des gesamten Baukörpers 5, 6 ist derart gleichmäßig berechnet, daß der Baukörper bei einem Unfall einen entsprechenden inneren Druck aushalten kann. Wenn der Hauptbehälter 1 und der Dopplungsbehälter 2 unmittelbar an der oberen Platte aufgehängt werden, wie dies in der Figur veranschaulicht ist, sind sie in vollkommen unabhängiger Weise aufgehängt. Das Vakuum im Räume 11 außerhalb des Dopplungsbehälters 2 übt auf diesen eine Zugspannung aus, die einer Belastung von ungefähr 12m heißem Natrium entspricht. Das mechanische Verhalten dieses Doppelbehälters und insbesondere das Verhalten seiner Verankerung an der oberen Platte 6 werden also dauernd unter Bedingungen und Materialbelastungen sowie Temperaturen geprüft, die ,in der Nähe derjenigen Werte liegen, welche diese Teile im Falle einer Zerstörung des Hauptbehälters ggfs. aushalten müßten. Das Vakuum in dem Zwischenraum 11 muß kein besonders hohes Vakuum sein.

Eine ggfs. mögliche Feststellug von neutralem Gas in dem Zwischenraum 11 gibt eine mangelhafte Dichtigkeit des Dopplungsbehälters 2 an.

Das ggf. mögliche Feststellen von Luft in dem Zwischenraum 11 gibt mangelhafte Dichtigkeit des Betonkessels bzw. seiner dichten Auskleidung 10 oder seiner Ausrüstungsteile an.

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Die ggf. mögliche Feststellung von Wasser in dem Zwischenraum 11 gibt fehlerhafte Dichtigkeit in den Kühlleitungen 9 an. . - ■

Die Wärmedämmung, die man manchmal zwischen dem Dopplungsbehälter und der Sicherheitsabschirmung 5 vorsieht, kann weggelassen werden; die Luftleere in dem Zwischenraum 11 dient in der gleichen Weise. Dieses Weglassen erleichtert die optischen Überprüfungen der Gefäße. Man wünscht überdies, daß diese Wärmedämmung im Fall von Störungen der Kühlkreise zum Abführen der Wärme,- wirksam sei, damit der Notkühlkreis die größtmögliche Wärmemenge abführen kann. Bei den älteren Reaktoren wurde dieser relative Kühleffekt durch die Wahl eines Wärmedämmaterials erzielt, das im Bereich von 400? C, die den normalen Betriebsbedingungen entsprechen, relativ wirksam ist, aber zwischen 600 und 700° infolge strahlungsaktiver Änderungen wärmedurchlässig wird.

Die Wärmedämmung gemäß der Erfindung durch Anwenden eines Vakuums ist ihrerseits willkürlich in sehr einfacher und zuverlässiger Weise durch Einführen eines Gases in den Zwischenraum selbst weitgehend zu beseitigen, und dies bei jeglichen Temperaturbereichen.

Im normalen Betrieb gestattet das in dem Zwischenraum 11 geschaffene Vakuum, die Verlustwärme durch diesen Zwischenraum in erheblichem Maße zu verringern und infolgedessen den Netto-Wirkungsgrad der Anlage leicht zu steigern. Der Bauteil aus dem Kessel 5 und der Abdeckplatte 6 kann einem unfallbedingten inneren Überdruck standhalten; das Vorhandensein einer Vakuumzone verringert diesen Druck. Man kann beispielsweise den oberen Teil 4 des Hauptbehälters,1

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der die Gasabdeckung im Hauptbehälter aufnimmt, mit dem Z Zwischenraum 11 in Verbindung bringen. Hierzu sieht man in der Deckplatte 6 eine oder mehrere Leitungen 12 vor, von denen ein Ende im oberen Teil des Hauptbehälters 1 mündet und das andere Ende mit dem luftleeren Zwischenraum 11 in Verbindung steht. Die Leitung 12 ist an jedem ihrer Enden mit einer Druck-Berstmembran 13 bzw. 13' versehen. Im Falle eines Überdruckes in dem Hauptbehälter 1 erfolgt das Bersten der Membranen 13 und 13', wodurch der Druck im Hauptbehälter sicher verringert wird.

Außerdem kann man beim ersten Einfüllen von Natrium in den Reaktor den äußeren Raum um den Dopplungsbehälter allmählich unter Vakuum setzen, dann den Außenraum des Hauptbehälters und schließlich das Innere dieses Hauptbehälters. Das Herstellen eines Vakuums im Inneren macht es möglich, schnell und wirksam diese Räume vor dem Einfüllen des Natriums auszutrocknen.

Der Betonkessel 5 mit seiner dichten Auskleidung 10 kann eine dritte, besonders^vichtige Barriere gegen den Verlust an Natrium-Flüssigkeitsstandhöhe bilden. Man vermeidet so jedes Eindringen"in den Betonkessel, der unterhalb der Flüssigkeitsdruckhöhe des Natriums liegt. Zugangslöcher sind lediglich in der Deckplatte 6 vorgesehen und Neutronendetektoren befinden sich in "Brunnen", die ebenfalls in der Deckplatte münden.

gChließlich macht ein soeben beschriebener Kessel mit seinem Vakuum eine Sabotage am Reaktor an den am leichtesten verwundbaren, unter dem Kern gelegenen Teilen unmöglich.

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Claims

Patentansprüche

1J Verfahren zur ständigen Kontrolle des Zweischalen-Reaktorgefäßes eines Reaktors mit schnellen Neutronen, der mit Natrium gekühlt wird, einen ersten Behälter oder Hauptbehälter aufweist, der den Reaktorkern und das unter einer· Abdeckung aus inertem Gas befindliche Natrium enthält, und der von einem zweiten oder Dopplungsbehälter umgeben ist, wobei die beiden Behälter in einer an ihrem oberen Teil durch eine Platte abgeschlossenen Sicherheitsabschirmung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zwischenraum (11) zwischen den beiden Behältern (1, 2) mit einem inerten Gas füllt, dieses Gas auf einem Druck hält, der etwa gleich dem Atmosphärendruck ist, daß man in dem Raum zwischen dem zweiten Behälter (Dopplungsbehälter) und der Sicherheitsabschirmung ein Vakuum aufrechterhält und daß man diesen Raum zur Kontrolle der Dichtigkeit des zweiten Behälters überwacht.
2. Natriumgekühlter Reaktor mit schnellen Neutronen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Einspeisen inerten Gases in den Zwischenraum (3) zwischen beiden Behältern (1, 2) und zum Einhalten eines etwa dem äußeren Atmosphärendruck entsprechenden Druckes in diesem Zwischenraum; Vorrichtungen zum Aufrechterhalten des Vakuums zwischen dem zweiten Behälter und der Sicherheits- · abschirmung (5, 10) und Vorrichtung zum Feststellen von infolge einer ggf. vorhandenen Undichtigkeit des zweiten Behälters in den Raum zwischen zweitem Behälter und Abschirmung eingedrungenem Gas.

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3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest eine Leitung (12) aufweist, deren eines Ende in dem oberen Teil (4) des ersten Behälters (1) mündet und deren anderes Ende in dem Zwischenraum (11) zwischen dem zweiten oder Dopplungsbehälter (2) und der äußeren Abschirmung (5, 10) mündet und daß diese Leitungsmündungen mit Berst-Membranen (13, 13') versehen sind.
4. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Behälter (1, 2) gut dichtend an der Platte (6)der Reaktorabschirmung (5) befestigt sind und daß die Leitung (12) oder Leitungen in dieser Platte angeordnet sind.

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