DE2449930C3 - Kernreaktor-Steuerstab - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor-Steuerstab nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Kernreaktor-Steuerstab ist insbesondere für schnelle Kernreaktoren vorgesehen, die z.B. als Brüter dienen.

Kernreaktor-Steuerstäbe, die aus untereinander angelenkten Gliedern bestehen, sind bereits verschiedentlich bekanntgeworden (vgl. GB-PS 7 98 466, DE-AS 11 OO831,DE-Gbm71 44 752).

Ein derartiger bekannter Kernreaktor-Steuerstab (vgl. GB-PS 7 98 466) hat untereinander angelenkte Glieder, die eine gasdichte zylinderförmige Hülle enthalten und mindestens teilweise mit Neutronenabsorberstoff gefüllt sind.

Ein anderer derartiger bekannter Kernreaktor-Steuerstab (vgl. DE-AS 11 00 831) hat als untereinander angelenkte Glieder Absorberelemente, die durch elastische Verbindungskörper wie federnde Stäbe oder Bänder verbunden sind.

Bei Kernreaktor-Steuerstäben der eingangs genannten Art tritt die Schwierigkeit auf, daß sie!; bei der Bestrahlung von Neutronenabsorberstoff Gase, insbesondere Spaltgase, entwickeln, und zwar mit einem beträchtlichen Gasdruck, so daß sie irgendwie abgeführt werden müssen. Zwar kann man daran denken, relativ wenig Neutronenabsorberstoff in den einzelnen Gliedern vorzusehen, um auch die Gasentwicklung entsprechend zu reduzieren, doch würde dies die Wirkung des gesamten Steuerstabs mindern. Andererseits verringert ein zu hoher Gasdruck im Steuerstab dessen Standzeit.

Es ist bereits ein aus mehreren Gliedern bestehender Brennelementstab bekanntgeworden (vgl. US-PS 3114 693), aus dem das hochradioaktive Spaltgas ständig durch eine an ihn angeschlossene Pumpe abgepumpt wird, indem ein Teil des ohnehin im Kernreaktor vorhandenen, außen den Brennelementstab umströmenden Kühlgases durch die porös ausgebildete Stabwand von der Pumpe angesaugt wird, um auf diese Weise das Spaltgas auszuspülen.

Ein derartiges Vorgehen ist nicht nur wegen des ständigen Abpumpens verhältnismäßig aufwendig, sondern auch auf Kernreaktoren mit gasförmigem Kühlmittel beschränkt. Abgesehen davon kann die poröse Ausbildung der Stabwand für manche Zwecke unerwünschtsein.

Schließlich ist noch ein Kernreaktor-Steuerstab bekannt (vgl. DE-OS 15 89 468), der mehrere von einer Kupplungsstange getiagene Absorberplatten hat, deren Neutronenabsorberstoff in mehreren, sich im wesentlichen senkrecht zur Stablängsrichtung erstreckenden und hermetisch verschlossenen Hohlräumen angebracht ist und wobei Organe zwischen den Hohlräumen eine Gasströmung zwischen diesen erlauben. Auf diese Weise soll ein Druckausgleich des bei der Bestrahlung des Neutronenabsorberstoffs entstehenden Gases, z.B. Heliumgases, bewirkt werden.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen

ίο Kernreaktor-Steuerstab der eingangs genannten Art zu schaffen, der in einfacher Weise eine Abfuhr und Sammlung des in den mit Neutronenabsorberstoff gefüllten Gliedern entstehenden Gases gestattet, und zwar unter gleichzeitiger Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades und der Lebensdauer des Steuerstabs.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 erreicht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch den Anspruch 2 angegeben.

Der erfindungsgemäße Kernreaktor-Steuerstab kommt also ohne ein gesondertes Abpumpen aus, erfordert kein gasförmiges Kühlmittel für den Kernreaktor und keine poröse Ausbildung der Stabwandung. Trotzdem wird eine sichere Gasabfuhr und -Sammlung gewährleistet, so daß praktisch keine Beschränkungen hinsichtlich des Füllgrades der nicht gassammelnden Glieder mit Neutronenabsorberstoff bestehen. Die erfindungsgemäß vorgesehenen flexiblen Gasleitungen dienen dabei zum Ausgleich von Temperaturspannungen in den jeweils benachbarten Gliedern.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen mittels der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kernreaktor-Steuerstabes (im Längsschnitt),

F i g. 2 einen schnellen Kernreaktor mit dem erfindungsgemäßen Steuerstab (im Längsschnitt),

F i g. 3 einen Schnitt W-III in F i g. 2 und
F i g. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäQen Kernreaktor-Steuerstabes (im Längsschnitt).

Ein erfindungsgemäßer Steuerstab 1 (Fig. 1) eines Kernreaktors 2 (F i g. 2) ist zur Neutronenflußsteuerung in einer Spaltzone 3 des Reaktors 2 bestimmt, der hier ein schneller Kernreaktor ist.

Der Steuerstab 1 (Fig. 1) ist in der Spaltzone 3 (Fi g. 2) untergebracht, die jeweils von einer stirnseitigen und einer seitlichen Brutzone 4 bzw. 5 sowie einem Neutronenschild 6 umgeben ist. Brennelementbündel 7 (Fig. 3) der Spaltzone 3 und Brennelementbündel 8 (F i g. 3) der seitlichen Brutzone 5 sind mit ihren unteren Enden in einer oberen und einer unteren Platte 9 bzw. 10 einer Druckkammer 11 (Fig. 2) des Reaktors 2 befestigt, in denen auch Führungshülsen 12 (F i g. 1) der Steuerstäbe 1 befestigt sind.

Der Steuerstab 1 besteht aus fünf Gliedern, die durch Gelenke 13 untereinander verbunden und in der Führungshülse 12 des Steuerstabes 1 verschiebbar sind. Drei Glieder 14 des Steuerstabes 1 sind mit Neutronenabsorberstoff 15 auf B'°-Basis gefüllt, der in zylinderförmige hermetische Hüllen 16 der Glieder 14 eingeschlossen ist. Zwei Glieder 17 des Steuerstabes 1, die in dessen unterem Teil untergebracht und durch die Gelenke 13 h5 miteinander und mit dem unteren stirnseitigen Glied 14 verbunden sind, dienen als Vorrichtung zum Sammeln von Gas, das bei Neutronenabsorption durch den Neutronenabsorberstoff 15 entwickelt wird.

Die Hohlräume der Glieder 14 und 17 stehen über flexible Gasleitungen 18 miteinander in Verbindung, die hohle, durch die Gelenke 13 geführte und in Form einer Wendelwindung ausgeführte Rohre darstellen. Durch diese Form der flexiblen Gasleitungen 18 wird der Ausgleich von Temperaturspannungen in den benachbarten Glieder 14 und 17 gewährleistet.

Der Steuerstab 1 ist mit einem mit ein.:m Anschlag 20 ausgeführten Kopf 19 versehen, der mit der Hülle 16 des oberen stirnseitigen Gliedes 14 in starrer Verbindung steht. Bei Anordnung des Steuerstabes 1 in der Spaltzone 3 (Fig.2) des Kernreaktors 2 zwischen dessen oberer und untere Begrenzung 21 bzw. 22 wird er durch Anbringen des Anschlages 20 (F i g. I) an einer oberen Stirnfläche 23 der Führungshülse 12 gesichert. Dabei nehmen die als Gassammeivorrichtung dienenden Glieder 17 eine Stellung unterhalb der Begrenzung 22 der Spaltzone 3 (F i g. 2) ein.

Zur Verschiebung der Steuerstäbe 1 (F i g. 1) in bezug auf die Spaltzone 3 (Fi g. 2) sind auf einem Deckel 24 eines Behälters 25 des Kernreaktors 2 Antriebe 26 angeordnet, von denen jeweils ein Stab 27 mit dem Kopf 19 (Fig. 1) jedes Steuerstabes 1 (Fig. 3) zusammenwirkt.

Die Kühlmittelab- und -zufuhr vom bzw. zum Behälter 25 (Fig. 2) des Kernreaktors 2 erfolgt über Druck- und Ablaßstutzen 28 bzw. 29.

Ein anderes, dem oben beschriebenen ähnliches Ausführungsbeispiel des Steuerstabes des Kernreaktors ist in F i g. 4 gezeigt.

Der Unterschied besteht darin, daß als Gassammeivorrichtung zwei obere stirnseitige Glieder 30 (Fig.4) zur Anwendung gelangen, die bei Anordnung in der Spaltzone 3 (Fig.2) eine Stellung oberhalb seiner oberen Begrenzung 21 einnehmen, während zwei untere Glieder 31 (F i g. 4) mit dem Neutronenabsorberstoff 15 gefüllt sind.

Die Funktionsweise der beiden Ausführungsbeispiele des Steuerstabes ist ähnlich und besteht im Folgenden:

Unter den Betriebsbedingungen der Spakzone 3 (Fig. 2) des Kernreaktors 2 brennt der Neutrorenabsorberstoff 15 (Fig. 1 und 4) allmählich ab, und das infolgedessen entweichende Gas (Helium) füllt die Poren des eigentlichen Stoffes 15 aus und sammelt sich in der durch die Glieder 17 gebildeten Gassammeivorrichtung an, indem es durch die flexiblen Gasleitungen 18 der Reihe nach strömt.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Steuerstabes des Kernreaktors bietet die Möglichkeit, den Wirkungsgrad dieses Steuerstabes und zugleich dessen Betriebsdauer dadurch zu erhöhen, daß im Vergleich zu den bekannten Steuerstäben die Sammelvorrichtung für das beim Abbrand des Neutronenabsorberstoffes entweichende Gas sich außerhalb der Spaltzone befindet. Das gestattet, durch Ausfüllen der in jedem Glied des bekannten Steuerstabes vorgesehenen Gasräume mit dem Neutronenabsorberstoff unter Beibehaltung der Spaltzonenhöhe des Reaktors den Wirkungsgrad des Steuerstabes zu steigern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Steuerstab, bestehend aus untereinander angelenkten Gliedern, die eine gasdichte zylinderförmige Hülle enthalten und mindestens teilweise mit Neutronenabsorberstoff gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der an einem Ende des Steuerstabs (1) angeordneten Glieder (17) keine Neutronenabsorberfüllung (15) aufweist und daß die Innenräume der Hüllen ({6) an ihren Stirnseiten durch flexible Gasleitungen (18) miteinander in Verbindung stehen.

2. Kernreaktor-Steuerstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Gasleitungen (18) aus in Form einer Wendelwindung ausgeführten Rohren bestehen.