DE2459339A1

DE2459339A1 - Kuehl- und auffangvorrichtung fuer den schmelzenden oder geschmolzenen kern eines atomkernreaktors

Info

Publication number: DE2459339A1
Application number: DE19742459339
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Daublebsky
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1974-12-16
Publication date: 1976-07-01
Also published as: DE2459339B2; DE2459339C3

Description

KUhl- und Auffangvorrichtung für den schmelzenden oder geschsolsenen Kern eines AtoSkernreaktors Die Erfindung besieht sich auf eine Effhl- und Auffangvorrichtung für den schmelzenden oder geschmolzenen Kern eines AtoSkernreaktors für den Fall des Versagens der NotkWhlsysteme, der Sabotage oder eines anderen das Kernschmelzen verursachenden Ereignisses, mit einem den Reaktorkern enthaltenden Reaktorgefäß, welches an Fundamentteilen des Containments abgestützt gelagert ist, und einem unterhalb des Reaktorgefäßes angeordneten Raum, durch welchen der schmelzende Reaktorkern in Richtung auf einen Containment-Boden fallen kann.
Bei Atomkernreaktoren kann bei einem Versagen der Notkühlsysteme, bei Sabotage oder bei einem anderen durch normale Sicherheitssysteme nicht abdeckbaren Ereignis der Kern unter Umständen so heiß werden, daß er schmilzt. Ist der Kern des Reaktorgefäßes, bei Kernreaktoren des Druck- und Siedewassertyps auch als RDB (Reaktordruckbehälter) bezeichnet, nicht von Wasser umflutet, so wurde der Kern sehr schnell das Reaktorgefäß zum Durchschmelzen bringen. Aber auch bei Vorhandensein von Wasser besteht die Möglichkeit des Durchschmelzens. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine EUhl- und Auffangvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche der geschmolzene Kern daran gehindert werden kann, das Containment zu zerstören. Solange das Containment nämlich funktionsfähig ist, kann der Unfall als beherrscht betrachtet werden. Die Erfindung besteht bei einer Eühl- und Auffangvorrichtung der eingangs naher definierten Art nunmehr darin, daß oberhalb des Containment-Bodens eine aus gut wärmeleitendem Metall bestehende Kühlwanne gelagert ist, daß die dem Reaktorgefäß zugewandte Innenseite der gühlwanne mit einer Schüttung aus feuerfestem Material, insbesondere Salz, Keramik, Sand o.dgl. bedeckt ist, daß in einem geringen Abstand oberhalb der Kühlwanne ein als Schutzgitter dienendes Feld aus Trägern angeordnet ist, welches die Kühlwanne vor dem Aufprall schwererer, mit dem eiern nach unten fallender Teile des Kernreaktors zu schützen vorgesehen ist, und daß die Unterseite der Kühlwanne abgestützt und von einer mit Kühlmedium gefüllten Kühlkammer umgeben ist, die über Ableitkanäle mit einem Außenraum in Verbindung steht, in welchen das verdampfende Kühlmedium ableitbar ist.
Die die Kühlwanne bedckende Schüttung aus feuerfestem Material kann hierbei eine Höhe von 1 bis 3 m haben, damit die folgenden beiden Hauptfunktionen erfüllt werden: Die Kühlwanne vor starken Stößen zu schützen und den geschmolsenen Kern zu bedecken, um die Wärmeabgabe nach oben ins Oontainment stark abzudämmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das oberhalb der Kühlwanne angeordnete Trägerfeld aus Doppel-T-Trägern, welche in mindestens zwei Lagen kreuzförmig übereinanderliegend angeordnet sind. Hierdurch werden im Gefahrenfalle die schweren nach unten fallenden Teile, wie s.B. Pumpen, zurückgehalten, während kleinere Teile und der geschmolzene Kern zunächst abgebremst werden und dann in die Kühlwanne fallen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühlkammer eine Wasservorlage umfaßt. Hierdurch ist das Kühlmedium leicht und in ausreichender Menge zu beschaffen, und es ergibt sich gemäß der Erfindung die weitere vorteilhafte Ausbildung, daß das verdampfende Kühlmedium aus der Kühlkammer über die Ableitkanäle bereits vorhandenen Kondensations- oder Wärjetausch-Einrichtungen der Kernreaktoranlage, insbeandere dem Hauptkondensator oder den Speisewasservorwärmern, suleitbar ist. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß das verdampfende Kühlmedium aus der Kühlkammer über die Ableitkanäle eigens für diesen Zweck vorgesehenen Notkühleinrichtungen, wie insbesondere Eiskondensatoren, zuleitbar ist. In jedem Fallaempfiehlt es sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, daß zum Ersatz des bereits ausgedampften Kühlmediums die Kühlkammer über Zuleitkanäle an äußere Kühlmittelreservoire angeschlossen ist. Hierbei kann es sich umein Vorratsbecken handeln, das sugleich als Swimmingpool für das Personal dienen kann.
Es ist aber auch möglich, Flußwasser von außen heranzuführen oder das Wasser der vorhandenen Kondensations-Einrichtungen über Ventile (wegen des Vordrucks über dem Wasser) der Kühlkammer zuzuführen.
Die Kühlwanne ist in bevorzugt er Ausführungsform zur Anpassung an die erwünschte Kühlwasserströmung etwa kegelförmig nach unten gewölbt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Eühlwanne an ihrer Unterseite durch einen Wald von Stangen oder Trägern abgestützt ist, welche zur Aufnahme des Kerngewichtes und als Kühlrippen zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf das Kühlmedium vorgesehen sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen in vereinfachter Darstellung unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Reaktorgebäude mit der erfindungsgemäßen EWhl- und Auffangvorrichtung; Fig. 2 die EWhl- und Auffangvorrichtung aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.
Das Reaktorgefäß 1, welches einen nicht näher dargestellten Reaktorkern enthält, ist an Bundamentteilen 2 des Containments abgeßtütst gelagert, wobei diese aus Spannbeton bestehenden Fundamentteile 2 eine Druckkammer 3 bilden und zugleich einen das Reaktorgefäß 1 umgebenden biologischen Schild.
Im einzelnen ruht das Reaktorgefäß mit Standzargen 1.1 auf einem Ringvorsprung 2.1 der Fundamentteile 2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Siederwasserreaktor, bei welchem die Steuerstabantriebe 4 durch den unteren Kugelboden 1.2 des Reaktorgefäßes 1 hindurchgeführt sind. Unterhalb des Reaktorgefäßes 1 befindet sich ein Raum 5, durch welchen der Reaktorkern im Falle seines Schmelzens in Richtung auf den Containment-Boden 6 fallen könnte. Im übrigen bedeuten 7 eine Kondensationskammer, 8 eine Gefäßabdeckung, 9 einen Flutraum mit Betonriegel-Abdeckung 10, 11 ein Absetzbecken,12 das Brennelement-Lagerbecken, 13 ein Aufnahmebecken für neue Brennelemente, 14 die Begrensungswände des Sicherheitsbehälters, welcher noch von den Außenwänden 15 des Reaktorgebäudes umschlossen wird, 16 eine Brennelementwechselmaschine, 17 eine Brennelementumsetzmaschine und 18 die Einrichtung eines Gebäudekrans mit Laufkatze 18.1 und drehbarer Traverse 18.2.Mit 19 ist das unterste Fundament und mit 20 eine darüber angeordnete Dichthaut bezeichnet.
Oberhalb des Containment-Bodens 6 ist eine aus gut wWrmeleitendem Metall bestehende Kühlwanne 21 (vgl. auch Fig. 2) gelagert. Die dem Reaktorgefäß 1 zugewandte Innenseite 21.1 der Kühlwanne 21 ist mit einer Schüttung 22 aus feuerfestem Material, wie insbesondere Salz, Keramik, Sand o.dgl. bedeckt. In einem geringen Abstand oberhalb der Kühlwanne 21 ist ein als Schutzgitter dienendes Feld 23 aus Trägern 24 angeordnet, welches die Kühlwanne 21 vor dem Aufprall schwerer, mit dem Kern nach unten fallender Teile des Kern reaktors zu schützen in der Lage ist. Wie dargestellt, besteht das Trägerfeld 23 aus Doppel-T-Trägern 24, welche in zwei Lagen 23.1 und 23.2 kreuzförmig übereinanderliegend angeordnet sind. Je nach dem Gewicht des Reaktorgefäßes und seines Kernes können auch mehr als zwei Trägerlagen angeordnet sein. Die Kühlwanne 21 ist, wie ersichtlich, etwa kegelförmig nach unten gewölbt zur Anpassung an die erwünschte Kühlwasserströmung. An ihrer Unterseite ist die Kühlwanne 21 mit einem Wald von Stützstangen 25 abgestützt. Die Stiitzstangen dienen zur Aufnahme des Kerngewichtes und ferner, wie noch erläutert, zur Verbesserung des Wärmeüberganges auf das Kühlmedium, welches unterhalb der Wanne 21 innerhalb der Kühlkammer 26 angeordnet ist. Mit ihrem unteren Ende 25.1 stützen sich die Stützstangen 25 an Fundamentteilen 27 ab. Mit 28 ist eine Zwischendecke aus Beton bezeichnet, auf der sich die schon erwähnte Betonwand 2 abstützt und wobei sich an die Zwischendecke 28 ein Beton- oder Stahlmantel 29 mit Durchführungen 30 für die Kühlkammer 26 anschließt. Der Mantel 29 stützt sich auf den Fundamentteilen 27 ab. Die Kühlkammer 26, die zweckmäßigerweise mit Wasser gefüllt ist, umgibt mithin den Stützstangenwald 25. Die Durchführungen 30 der Kühlkammer 26 münden in einen Dampfsammelraum 31, welcher die Kühlkammer konzentrisch umgibt.
An den Dampfsammelraum 31 sind Dampfabströmrohre 32 angeschlossen, ferner Rückströmrohre 33, welche, etwa um 900 umgebogen, bodenseitig bei 33.1 in die Kühlkammer einmünden.
An das in der Figur 2 rechts dargestellte Rückströmrohr 33 ist ein Nachfüllrohr 34 angeschlossen. Die Dampfabströmrohre 32 führen su nicht dargestellten Kondensations-Einrichtungen oder ins.Freie,und 4as Rückströmrohr führt zu einem nicht dargestellten Wasserreservoir. Die Stützstangen 25 dienen, da sie ii Wasserbad stehen, zugleich auch als wirksame gühlrippen.
Bei einem Unfall, bei dem sich der Kern des Reaktors 1 bis auf Schmelztemperatur erhitzen würde, würde auch der Boden 1.2 des Reaktorgefäßes 1 mit abschmelzen und mit dem Kern, den Steuerstabantrieben 4 und gegebenenfalls schwereren Bauteilen, wie Pumpen, nach unten fallen, wobei das rägerfeld 24 den ersten Stoß abfängt und praktisch nur den geschmolzenen Kern zusammen mit kleineren Bauteilen in Richtung auf die Kühlwanne 21 durchlassen würde. Da die Kühlwanne mit 1 bis 3 m hohem Schüttgut bedeckt ist, wird sie beim Aufprall des Kern von starken Stößen geschützt und bedeckt mit dem Schüttgut den geschmolzenen Kern, so daß die Wärmeabgabe nach oben ins Containment stark abgedämmt wird. Die Kühlkammer 26 mit den zugehörigen Kühlelementen arbeitet zunächst passiv, d.h. ohne jede Energiequelle mit dem vorhandenen Vorrat an Kühlmittel. Deshalb wird die Wärme, die aus dem geschmolzenen Kern durch die im Ausführungsbeispiel stählerne Kühlwanne fließt (Stahl ist aus Stabilitätsgründen zweckmäßig, wenn auch grundsätzlich andere gute leitende Metalle, wie Kupfer, möglich wären),in die Wasservorlage 28 gebracht. Das Wasser wird dabei verdampfen und damit die Wärme wegbefördern. Der entstehende Dampf geht über den Dampfsammelraum 31 und die Dampfabströmrohre 32 nach außen zu den nicht dargestellten Kondensationseinrichtungen, wo er kondensiert. Grundsätzlich könnte der entstehende Dampf auch ins Freie geleitet werden, jedoch ist die Kondensation des Dampfes in Kondensationseinrichungen vorzuziehen, weil im Dampf eventuell radioaktive Substanzen enthalten sein können. Nach der Kondensation kann das Kondenswasser wieder der Kühlkammer 26 zugeleitet werden.
Sobald der Wasserspiegel 28.1 auf die Höhe des geschmolzenen Kernes gesunken ist, muß die fehlende Wassermenge ersetzt werden, wozu durch das Rückströmrohr 34 entsprechende Wassermengen eingeleitet werden. Dieser Vorgang kann vollautomatisch durch Niveauwächter eingeleitet werden. Die Strömungsrichtung des ausdampfenden bzw. in die Kühlkammer 26 geleiteten Wasseranteils ist durch die Pfeile wl bzw. w2 angedeutet.
2 Figuren 8 Patentansprüche

Claims

Patentansoräche Kuhl- und Auffangvorrichtung für den schmelzenden oder geschmolzenen Kern eines Atomkernreaktors für den Fall des Versagens der Notkühlsystem, der Sabotage oder eines anderen das Kernschmelzen verurßachenden Ereignisse, mit einem den Reaktorkern enthaltenden Reaktorgefäß, welches an Fundamentteilen des Containments abgestützt gelagert ist, und einem unterhalb des Reaktorgefäßes angeordneten Raum, durch welchen der schmelzende Reaktorkern in Richtung auf einen Containment-Boden fallen kann, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Aontainment-Bodens (6) eine aus gut wärmeleitendem Metall bestehende Kühlwanne (21) gelagert ist, daß die dem Reaktorgefäß (1) zugewandte Innenseite (21.1) der Kühlwanne mit einer Schüttung (22) aus feuerfestem Material, insbesondere Salz, Keramik, Sand o.dgl. bedeckt ist, daß in einem geringen Abstand oberhalb der Kühlwanne (21) ein als Schutzgitter dienendes Feld (23) aus Trägern (24) angeordnet ist, welches die Kühlwanne (21) vor dem Aufprall schwererer, mit dem Kern nach unten fallender Teile des Kernreaktors zu schützen, vorgesehen ist, und daß die Unterseite der Kühlwanne (21) abgestützt und von einer mit Kühlmedium gefüllten Kühlkammer (26) umgeben ist, die über Ableitkanäle (30, 32) mit einem Außenraum in Verbindung steht, in welchen das verdampfende Kühlmedium ableitbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkammer (26) eine Wasservorlage umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfende Kühlmedium aus der Kühlkammer (26) über die Ableitkanäle bereits vorhandenen gondensationa-oder Wärmetausch-Einrichtungen der Kernreaktoranlage, insbesondere dem Hauptkondensator oder den Speisewasservorwärmern, zuleitbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfende Kühlmedium aus der Kühlkammer (26) über die Ableitkanäle (30, 32) eigens für diesen Zweck vorgesehenen Notkühleinrichtunge, wie insbesondere Eiskondensatoren, zuleitbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ersatz des bereits ausgedampften Kühlmediums die Kühlkammer (26) über Zuleitkanäle (34) an äußere Kühlmittelreservoire angeschlossen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwanne zur Anpassung an die erwünschte Eühlwasserströmung kegelförmig nach unten gewölbt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwanne (21) an ihrer Unterseite durch einen Wald von Stangen oder Trggern (25) abgestützt ist, welche zur Aufnahme des Kerngewichtes und als Kühlrippen zur Verbesserung des Wärmeüberganges auf das Kühlmedium vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oberhalb der tühlwanne angeordnete Trägerfeld (23) aus Doppel-8-Trägern besteht, welche bevorzugt in zwei Lagen (23.1, 23,2) kreuzförmig übereinanderliegend angeordnet sind.