DE2458016C3 - Kernreaktor mit mehreren von vertikalen Wasserrohren getragenen Brennstoff ka ssetten - Google Patents

Description

Raum, der bei geeigneter Formgebung der Kassetten zwischen diesen entsteht, gemäß der Erfindung zur Aufnahme der Regelstabfinger dient

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

F i g. 1 einen Reaktorkern gemäß der Erfindung mit einem Teil des Reaktordruckgefäßes im VertikalschnHt,

Fig. 2 eine.i Teil eines Horizontalschnittes längs der Linie 11-11 in Fig. 1,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt längs der Linie 111-111 in Fig. 1,

Fig.4 einen Vertikalschr.itt längs der Linie IV-IV in Fig. 3,

F i g. 5 die Lage eines Fingerregelstabes im Verhältnis zu dem zugehörigen Wasserrohr bei einem Reaktor gemäß der Erfindung,

Fig.6 den Fingerregelstab gemäß Fig. 5 im Schnitt längs der Linie Vl Vl in Fig. 5.

Fig. 7, 8. 9 und 10 verschiedene Alternativen zu der Kassettenausbildung von F i g. 2.

In F i g. 1 bis 6 bezeichnet 1 das Druckgefäß und 2 den Moderatortank eines Kernreaktors. Der Reaktorkern, der mit 3 bezeichnet ist, ist von einem aus Blechmatenal hergestellten Kernrand 17 umgeben und enthält mehrere Brennstoffkassetten 4, die in direktem Kontakt miteinander angeordnet sind. Jede Brennstoffkassette hat eine Hülle 15 und enthält zwölf Brennstäbe 5.

Die Brennstoffkassetten 4 sind in Kassettengruppen 14 angeordnet, von denen jede neun Brennstoffkassetten umfaßt, welche auf einer gemeinsamen Kassettenaufstellplatte 6 ruhen, die oben ein Loch 7 für jede Brennstoffkassette hat, durch welche den verschiedenen Kassetten Wasser zugeführt wird. Jeder Kassettenaufstellplatte 6 wird die für sämtliche neun Brennstoffkassetten erforderliche Wassermenge über eine untere Öffnung zugeführt, die an das obere Ende eines Wasserrohrs 8 angeschlossen ist. Die Wasserrohre 8 haben nicht nur die Aufgabe, als Einlaßleitung für praktisch die gesamte, dem Reaktorkern zugeführte Wassermenge zu dienen, sondern haben ferner die Aufgabe, die ihnen jeweils zugeordnete Kassettenauf stellplatte 6 zu tragen und als Stütze and Führung für den Regelstabschaft und das Regelstabjoch zu dienen. Vier Kassettengruppen, d.h. sechsunddre'ßig Brenn-45 Stoffkassetten, bilden einen Kernmodul 16 leder Kernmodul 16 hat einen zugeordneten Regelstab. Der Regelsiab 10 ist ein Fingerregelstab, der sechzehn vertikale Regelstabfinger 11 hat, die an einem in einer Honzontalebene liegenden Joch 12 befestigt sind, das von einem zentralen Regelstabschaft 9 getragen wird. Das joch 12 ist eine Gitterkonstruktion und besteht im Prinzip aus vier miteinander und mit dem zentralen Regelslabschaft 9 steif verbundenen Ringen, von Jenen jeder ein Wasserrohr 8 umschließt und deren horizontale Lage im Verhältnis zum Wasserrohr dadurch fixiert wird, daß jeder Ring mit zwei Führungsrädern 13 versehen ist.

Bei der Ausführungsform der Erfindüngj die in den Figuren 1 bis 6 gezeigt ist, hat der Querschnitt der Brennstoffkassetten die Form eines Quadrats mit stark abgeschrägten Ecken. Die abgeschrägten Flächen 18 der Kassettenhüllen 15 bilden Kanäle 19 mit quadratischem Querschnitt, von denen einige als Leitrohre für die Regelstabfinger 11 des Regelstabes 10 dienen.

Im allgemeinen ist eine BrennstoffTossettenhülle bei einem Reaktor gemäß der Erfindung im wesentlichen wie ein Hohlprisma ausgebildet mit mehreren ersten Seitenflächen, mit denen die Hülle in direktem Kontakt mit parallelen entsprechenden Seitenflächen mehrerer benachbarter Hüllen steht. Außerdem hat die Hülle zweite Seitenflächen, die zusammen mit entsprechenden zweiten Seitenflächen benachbarter Hüllen prismenförmige, vertikale Kanäle für Regelstabsfinger bilden. Bei dem in F i g. 1 und 2 gezeigten Reaktorkern werden nur Regelstäbe verwendet, bei denen sämtliche Finger für solche Kanäle bestimmt sind.

Anstelle von Brennstoffkassetten mit der in F1 g. 2 gezeigten Querschnittsform kann man gemäß der Erfindung auch Brennstoffkassetten verwenden, deren Hüllen zylindrisch sind oder abwechselnd gebogene und ebene Flächenabschnitte aufweisen, wie es in F1 g. 7 gezeigt ist, in der 20 die Hülle und 21 die Brennstäbe einer Brennstoffkassette gemäß der Erfindung bezeich nen. Die Regelstabsfinger sind mit 27 bezeichnet. Man kann auch Hüllen verwenden, bei denen gewisse Hüllenabschn'tte im Vergleich zu den in Fig. 7 gezeigten eine Biegung in entgegengesetzter Richtung aufweisen.

F i g. 8 zeigt einen Teil eines Reaktorkei ns gemäß der Erfindung, bei dem die Hülle 22 jeder Brennstoffkassette wie e:n vertikales Hohlprisma ausgebildet ist, dessen Querschnitt ein regelmäßiges Fünfeck ist. Die Regelstabfinger sind mit 23 bezeichnet.

Bei dem in F i g. 9 gezeigten Reaktorkern ist die Hülle 24 der Brennstoffkassetten wie ein Hohlprisma ausgeführt, dessen Querschnitt die Form eines regelmäßigen Dreiecks mit abgeschrägten Ecken hat. Durch die Abschrägung entstehen sechseckige, vertikale Kanäle 25. die für die Regelstabfinger 26> vorgesehen sind. Bei der in Fig. 10 gezeigten Ausfübrungsform der Erfin dung ist dasselbe Prinzip wie in Fig.9 angewendet, jedoch mit dem Unterschied, daß man hier von regelmäßigen Sechsecken stati von regelmäßigen Dreiecken ausgegangen ist.

Wie eingangs erwähnt, vermeidet man bei dem Reaktor nach der Erfindung gewisse Nachteile, die bei den bekannten spaltlosen Reaktorkernen häufig auftreten. Außerdem erhält man den Vorteil, daß man mit einer ungewöhnlich niedrigen Anzahl von Brennstäben in jeder Kassette arbeiten k.'nn. selbst wenn die Brennstäbe mit normaler Dicke ausgeführt sind. Gemäß Fig. 2 und F-" 1 g 4 ist die Anzahl der Drennstäbe prc Kassette /wolf Bei der Entwicklung eines Reaktor; gemäß der Erfindung ist min m einer Konstruktior gekommen, die besonders vorteilhaft ist. wenn die Anzahl von Brennstaben pro Brennstoffkassette kleine] als dreißig und größer als fünf ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. ί ψ
   k
   ί

   Patentansprüche:

   * 1. Kernreaktor mit mehreren von vertikalen Wasserrohren getragenen Brennstoffkassetten mit vertikal angeordneten, zumindest teilweise als Hohlprismen ausgebildeten Hüllen, von denen eine überwiegende Anzahl mehrere erste Seitenflächen hat, mit denen sie in direktem Kontakt mit parallelen ähnlichen Seitenflächen mehrerer benachbarten Hüllen stehen, sowie mit einer Anzahl unter dem Kern liegender Steuerorgane, von denen jedes einen Fingerregelstab mit mehreren Regelstabfingern hat, welche mit ihren unteren Enden an einem von einem Regelstabschaft getragenen Joch befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der prismatische Teil der Kassetterfhülle (15) neben den genannten ersten Seitenflächen eine Anzahl zweiter Seitenflächen (18) hat, wobei mehrere Hüllen derart zueinander angeordnet sind, daß die Außenseiten der Hüllenabschnitte, die den zweiten Seitenflächen (18) entsprechen, einen prismatischen oder zylindrischen, vertikalen Kanal (19, 25) bilden und daß dieser Kanal (19, 25) für einen der Regelstabfinger (11,26) vorgesehen ist.
2. 2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine überwiegende Anzahl der Regelstaborgane des Reaktors in ihrer ganzen Kapazität mit Regelstabfingern (11, 26) besetzt ist, die für das Einführen in die vertikalen Kanäle (19,25) zwischen den Brennstoffkassetten (4, 24) bestimmt sind
3. 3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des genannten Hohlprismas die Form eines regelmäßigen Polygons mit abgeschnittenen Ecken hat, wobei der Umfang aus mehreren relativ langen, geraden Abschnitten besteht, die einem Mittelabschnitt an jeder Seite des regelmäßigen Polygons entsprechen, sowie dazwischenliegende, verhältnismäßig kurze Abschnitte (18), die zusammen mit entsprechenden Abschnitten benachbarter Hohlprismen den Umfang eines Querschnittes durch den genannten Kanal bilden.
4. 4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das regelmäßige Polygon ein Quadrat ist.
5. 5. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das regelmäßige Polygon ein Sechseck ist.
6. 6. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das regelmäßige Polygon ein Dreieck ist.
7. 7. Kernreaktor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jede der wenigstens teilweise wie Hohlpnsmen ausgebildeten Hüllen (20) einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen Fünfecks hat, wobei zumindest einige der genannten ersten Seitenflächen mit den genannten zweiten Seitenflächen kongruent sind.
8. 8.Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Joch mindestens einen in einer Horizontalebene angeordneten und mit dem Regelstabschaft (9) steif mechanisch verbundenen Ring enthält, der vertikal beweglich ist und mindestens ein Wasserrohr (8) umschließt und mittels einer Anzahl am Ring montierter, an der Rohrfläche rollbarer Führungsräder (13) in unveränderter Lage im Verhältnis zürn Querschnitt des Wasserrohrs gehalten wird.

   Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernreaktor gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art. Ein solcher Kernreaktor ist aus der DT-OS 23 23 584 und der US-PS 31 66 481 bekannt.

   Die bekannten Kernreaktoren sind mit spaltiosen Kernen ausgeführt, deren Brennstoffkassetten einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt haben. Ein solcher Kernaufbau kann zu folgenden Schwierigkeiten führen: Aufgrund der Neutronenstrahlung ist die für die Kassettenhüllen verwendete Zirkoniumlegierung einer verstärkten Alterung ausgesetzt, d. h. das Material wird auch bei einer verhältnismäßig niedrigen mechanischen Spannung plastisch verformt, wobei der Verformungsgrad mit der Zeit zunimmt. Untersuchungen an Kassettenhüllen mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt, welche lange Zeit in einem Spaltreaktorkern benutzt wurden, haben gezeigt, daß jede Hüllenseite eine Verformung in der Weise erlitten hatte, daß die ursprünglich ebenen Wandabschnitte konvex geworden waren. Da man in Reaktoren Kassetten unterschiedlichen Alters verwendet, besieht daher bei einem spaltlosen Reaktor die Gefahr, daß eine Hüllenwand in die Hüllenwand einer benachbarten Hülle hineingedrückt wird und daß d>e Kassetten an dem Ken rand herausgebogen werden.

   Aur der Druckschrift »Directory of Nuclear Reactors« Vol. VII. 1968, S. 76 und 7>, ist ein spaltloser Kernreaktor mit den wesentlichen quadratischen Kassettenquerschnitten bekannt, bei denen jede Kassettenhülle an ihrer einen Wand mit einer sich etwa über die Hälfte der Wand erstreckenden Einbuchtung versehen ist. Die Kassetten sind so untereinander angeordnet, daß sich jeweils vier solcher Einbuchtungen berühren, so daß sich im Zentrum von vier Kassetten ein kreuzförmiger Kanal bildet. Die eingangs geschilderten Schwierigkeiten der Verwerfung der Kassettenseiten werden durch diese Konstruktion jedoch praktisch nicht behoben, da die Mehrzahl der Kassettenseiten die volle Kassettenbreite haben und viele solcher Seiten benachbarter Kassetten dicht aneinanderli<gen.

   Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß das Ausmaß der alterungsbedingten Verformungen der Seitenflächen der Kassettenhüllen erheblich vermindert wird.

   Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kernreaktor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

   Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

   Bpi den oben beschriebenen Verformungen dei Hüllenwände bekannter Reaktoren spielt eine Ar Membranwirkung eine Rolle. In der gleichen Weise, wi« die maximale Durchbiegung einer Membran be konstantem Druck mit der Membranfläche zunimmt erhält man auch eine maximale Durchbiegung de Kassettenhüllen. Die Erfindung gründet sich auf dei Gedanken, die Breite der Berührungsflächen zwischet benachbarten Kassettenhüllen zu verkleinern und au diese Weise die Durchbiegung der Hüllenwände zi verringern. Dies wird durch die Formgebung de Kassettenhüllen gemäß der Erfindung erreicht. Bei de Erfindung ist die Breite jeder Kassettenseite geringe als die schmälste seitliche Projektion der Kassette. Di hierdurch bedingte Verkleinerung des Hüllenvolumen wird dadurch ausgeglichen, daß die Hülle nicht mehr ft die Regelstabfinger in Anspruch genommen wird, da de