DE2505532A1

DE2505532A1 - Verfahren und vorrichtung zum schuetzen von kernreaktorkraftwerksanlagen bei verlusten an kuehlmittel

Info

Publication number: DE2505532A1
Application number: DE19752505532
Authority: DE
Inventors: Frank W Kleimola
Original assignee: Nucledyne Engineering Corp
Current assignee: Nucledyne Engineering Corp
Priority date: 1975-02-10
Filing date: 1975-02-10
Publication date: 1976-08-19
Also published as: DE2505532C2

Description

Beschreibung zu der Anmeldung Verfahren und Vorrichtung zum Schützen von Kernreaktorkraftwerksanlagen bei Verlusten an Kühlmittel Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Schützen der Kernreaktoren von Kernreaktorkraftwerken.
Sernkraftwerke müssen aus naheliegenden Gründen so ausgebildet sein, daß eine Gefährdung der Bevölkerung durch Verletzungen und andere gesundheitliche Schäden auch für den Fall unmöglich ist, daß sich unter Annahme der ungünstigsten Umstände Betriebsunfälle ereignen. Bei Kraftwerken, bei denen Beichtwasser als Wiiblmivtel verwendet wird, ist als der ungünstigste Betriebsunfall anzunehmen, daß das größte Rohr der Einrichtung zum Kühlen des Reaktors an zwei verschiedenen punkten bricht, so daß ein Verlust an Kühlmittel eintritt.
Um Betriebsunfälle zu verhindern, werden bei solchen Kraftwerken Schutzvorrichtungen verwendet, die dazu bestimmt sind, das Entweichen von Wasser, Dampf und irgendwelchen mitgeführten Spaltprodukten, welche aus der Kühlanlage des Reaktors austreten, in die Umgebung des Kraftwerk zu verhindern. Eine solche Schutzvorrichtung umfaßt normalerweise sämtliche Einrichtungen, Anlagen und Vorrichtungen, die insgesamt einen vollständigen Schutz für jede Art von betriebsunfall bieten, der sich ereignen könnte. Nach ingenieurtechnischen Gesichtspunkten aufgebaute Schutzvorrichtungen müssen so ausgebildet sein, daß sie die Folgen von betriebsunfällen der genannten Art möglichst einschränken.
Grundsätzlich besteht die konstruktive Hauptaufgabe einer solchen Schutzvorrichtung darin, zu verhindern, daß radioaktives Material aus dem Kernkraftwerk entweicht, wenn ein Betriebsunfall auftritt, damit das Leben der Bevölkerung in der Umgebung des Kraftwerks nicht gefährdet wird.
Die weiter unten beschriebene passive Schutzvorrichtung bietet einen solchen Schutz für den Fall eines Verlustes an Kühlmittel sowie bei anderen Arten von Betriebsstörungen, die bei einer solchen Konstruktion zu berücksichtigen sind, und eine Schutzvorrichtung nach der Erfindung dürfte sich als zur Verwendung bei Kernkraftwerken ohne Rücksicht darauf als geeignet erweisen, db es sich um Druckwatserreaktoren oder Siedewasserreaktoren handelt0 Bis jetzt werden sogenannte "trockene Schutzvorrichtungen benutzt, die dem vollen auftretenden Druck standhalten, oder bei mit Leichtwasser gekühlten Kernkraftwerken Schutzvorrichtungen, bei denen das Entstehen eines zu hohen Drucks vermieden wird.
Bei den für den vollen Druck ausgelegten Schutzvorrichtungen ist das Reaktorgebäude, welches die Reaktorkühlanlage vollständig umschließt, so ausgelegt, daß es den Druck- und Demperatursteigerungen standhält, die bei einem Kühlmittelleck zu erwarten sind. Ein solches Gebäude besteht gewöhnlich aus Stahl oder mit Stahl verkleidetem, bewehrtem Beton oder aus Spannbeton.
Bei Weiterentwicklungen von dem vollen Druck standhaltenden Schutzvorrichtungen sind doppelte Sperren zum Verhindern von Undichtigkeiten vorhanden, und es ist ein Betrieb mit einem unter dem Druck der Atmosphäre liegenden Druck vorgesehen0 Beim Vorhandensein einer doppelten Sperre zum Zurückhalten von Kühlmittel wird dasjenige Kühlmittel, das jeweils in einen ringförmigen Regelraum eintritt, entweder in die Hauptschutzvorrichtung zurückgepumpt, oder das entwichene Kühlmittel wird einer entsprechenden behandlung unterzogen, bevor es nach außen abgeleitet wird. Zum Betrieb mit einem Unterdruck wird die Schutzvorrichtung normalerweise auf einem Teilvakuum gehalten, und beim Auftreten eines Verlustes an Kühlmittel wird der Druck bis auf einen Viert reduziert, der unter dem Druck der äußeren Atmosphäre liegt, und hierbei wird von sogenannten aktiven Sicherheitseinrichtungen Gebrauch gemacht, um jede etwaige Freigabe von radioaktivem Material an die Umgebung zu beenden.
Bei einer Schutzvorrichtung zum Verhindern des Entstehens eines zu hohen Drucks ist ein im trockenen Zustand gehaltener Raum vorhanden, in dem sich die Kühlanlage für den Reaktor befindet, ferner eine zur Druckverringerung dienende Kammer, die einen Wasservorrat enthält, sowie eine Einrichtung, die den trocken gehaltenen Raum mit dem den Wasservorrat enthaltenden Raum verbindet. In diesem Fall besteht die Schutzvorrichtung aus Stahl, und sie ist in mit Bewehrungen versehenen Beton eingeschlossen, oder sie weist eine Auskleidung aus Stahl mit bewehrtem Beton auf. Die Schutzvorrichtung zum Begrenzen des Drucks ist in einem den Reaktor enthaltenden Gebäude untergebracht.
Beim Auftreten eines Verlustes an Kühlmittel verdampft ein Teil des Reaktorkühlmittels schlagartig in dem trocken gehaltenen Raum, woraufhin Luft, Dampf und flüssiges Kühlmittel über die Verbindungseinrichtungen zu dem Wasservorrat in der Druckverringerungskammer strömen. Der erzeugte Dampf wird durch das vorhandene Wasser zur Kondensation gebracht, und hierdurch wird der anderenfalls in der Schutzvorrichtung auftretende Druckanstieg verringert0 Die Luft steigt nach oben, so daß sie in den freien Raum über der Wasserfüllung der Druckverringerungskammer gelangt.
Bei einer Weiterbildung solcher Schutzvorrichtungen zum Begrenzen des Druckanstiegs unter Verwendung von Wasser wird außerdem die in der Schutzvorrichtung vorhandene Atmosphäre chemisch neutralisiert. Diese Meutralisierung soll das Verbrennen von Wasserstoff verhindern, der beim ueberhitzen von Aernbrennstoff infolge von Reaktionen zwischen iV'tallen und Wasser erzeugt wird.
Bei einer anderen bauart einer Schutzvorrichtung zum begrenzen des Druckanstiegs wird ein Eiskondensator benutzt.
Das Eis wird in einer gekühlten Kammer bereitgehalten, welche die Reaktorkühlanlage umgibt. Die Schutzvorrichtung mit einem iskondensator ist in eine obere Kammer und eine untere Kammer unterteilt, und die Reaktorkühlanlage befindet sich in der unteren Kammer. Im Fall eines Verlustes an Kühlmittel bewirkt ein Druckanstieg in der unteren Kammer, daß sich in den Boden des das Eis enthaltenden Raums eingebaute Klappen oder dergleichen öffnen. Auf diese weise wird ein Strömungsweg hergestellt, längs dessen Luft und Dampf durch das aus Eis bestehende Bett strömen können. Der Dampf wird durch das Lis kondensiert, und hierdurch wird der mögliche Druckanstieg in der Schutzvorrichtung begrenzt. Die Luft strömt in die obere Kammer durch Öffnungen ein, die vorher durch Einrichtung gen geschlossen gehalten wurden, welche jetzt durch den Luftstrom geöffnet werden.
Schutzvorrichtungen zum Aufnehmen des vollen Drucks bzw. zum Begrenzen des entstehenden Drucks sind als passive Vorrichtungen ausgebildet, bei denen man Hilfseinrichtungen benötigt, um eine Schädigung der Umgebung unmöglich zu machen. Im Gegensatz hierzu kommen sogenannte aktive Vorrichtungen dadurch zur Wirkung, daß sie die restliche Wärme abführen, oder daß Spritzeinrichtungen zur Wirkung gebracht werden, um die Wärme an die Umgebung abzugeben. Hierdurch wird verhindert, daß die konstruktionsbedingten Druck- und Temperaturwerte bei der Schutzvorrichtung nicht überschritten werden, und gleichzeitig wird der Innendruck der Schutzvorrichtung herabgesetzt, um das Entweichen von Spaltprodukten möglichst zu verhindern. In Verbindung mit den Spritzeinrichtungen werden aktive E'iltriervorrichtungen benötigt, die dazu dienen, die Konzentration der Spaltprodukte in der Atmosphäre innerhalb der Schutzvorrichtung zu verringern. Auch hiedurch wird die Menge der Spaltprodukte begrenzt, die aus der Schutzvorrichtung entweichen und in die Umgebung gelangen können. Weiterhin benutzt man Vorrichtungen zum Binden von Wasserstoff, um zu verhindern, daß in der Schutzvorrichtung explosionsfähige Wasserstoffkonzentrationen entstehen.
Um ihre volle Wirksamkeit zu gewährleisten, ist es sowohl bei den dem vollen Druck standhaltenden Schutzvorrichtungen als auch bei den Vorrichtungen zum Begrenzen des Drucks erforderlich, zusätzliche Schutzeinrichtungen vorzusehen, die eine Notkühlung des ernbrennstoffs ermöglichen. Bei Sruckwasserreaktoren benötigt man passive Akkumulatoranordnungen zusätzlich zu aktiven Hoch- und Niederdruck-Einspritzvorrichtungen, die dazu dienen, den sernbrennstoff mit einer ausreichenden menge eines flüssigen Kühlmittels zu kühlen.
Die Vorrichtungen zum Beseitigen der Restwärme, mittels welcher der Druck in der Umschließung herabgesetzt wird, bewirken ferner, daß die Abgabe von Zerfallswärme an die Umgebung verhindert wird.
Für den Fall eines Kühlmittelverlustes wurde ferner bereits vorgeschlagen, den entstehenden Druck dadurch zu begrenzen, daß der Reaktor unter Ausnutzung der Schwerkraft überflutet wird.
Bei den aktiven Schutzvorrichtungen ist es aus konstruktiven Gründen erforderlich, eine absolute Funktionssicherheit zu gewährleisten, damit die Schutzvorrichtung bei einem iiühlmittelverlust in der gewünschten Weise zur Wirkung kommt. Ferner benötigt man bei solchen aktiven Schutzvorrichtungen Instrumente und Steuereinrichtungen von höchster Zuverlässigkeit, mit drehender Bewegung arbeitende aschinen, elektrische Stromquellen und Stromverteilungseinrichtungen.
Alle diese Einrichtungen müssen als bestandteile einer größeren Anlage auch unter den ungünstigsten Bedingungen betriebsfähig bleiben, z.B. bei hohem Druck, hoher Temperatur, hoher Feuchtigkeit, hoher Radioaktivität und bei einer Beschädigung der Wärmeisolation.
Wenn irgendein aktiver eil einer Sicherheitsvorrichtung nicht einwandfrei arbeitet, haben die übrigen 'steile der Vorrichtung sogar noch größere Beanspruchungen auf zunehmen.
beispielsweise kann eine nicht einwandfrei arbeitende elektrische Stromquelle dazu führen, daß die Einrichtung für die Notkühlung des Kernbrennstoffs im Reaktorkern versagt. Eine erhitzung des ernbrennstoffs kann dazu führen, daß die Verkleidung des Brennstoffs zum Schmelzen gebracht wird, und daß sich hierbei Reaktionen zwischen Wasser und Metallen abspielen. Berner könnte der Brennstoffkern absacken, es könnten Teile zusamenbrecben oder einstürzen, und es könnte eine Überhitzung des Bodens des Reaktorgefäßes eintreten. Bei Reaktionen zwischen Wasser und Metallen wird Wasserstoff frei, so daß eine Brandgefahr besteht. Die zusätzliche Energie, die bei Reaktionen zwischen Wasser und Metallen sowie beim Verbrennen von Wasserstoff freIgibt, führt zu einer noch höheren Beanspruchung der Schutzvorrichtung. Eine Überhitzung des Kernbrennstoffs, das vom Schmelzen der Verkleidung begleitet ist, führt dazu, daß in großem Umfang Spaltprodukte freigesetzt werden, die dann aus der Schutzvorrichtung entweichen können. Diese Beispiele lassen die Gefahren erkennen, die bei sogenannten aktiven Schutzvorrichtungen auftreten können, wie sie bis jetzt in großem Umfang verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, bei Kraftwerken mit Kernreaktoren das Entweichen von Energie und giftigen oder radioaktiven Stoffen zu verhindern, insbesondere ein passives Schutzverfahren und eine passive Schutzvorrichtung für Lernreaktoren sowie funktionelle Verbesserungen bezüglich der vollständigen Einschließung einer Kernreaktoranlage unter Verwendung ausschließlich passiver Einrichtungen, die bei der Schutzvorrichtung auftretenden Kräfte ausgelöst, gesteuert, betätigt und in Betrieb gehalten werden. Hierbei soll die Reaktorschutzvorrichtung mit geringerem Kostenaufwand herstellbar sein, und zwar dadurch, daß der freie Raum innerhalb einer ersten Umschließung verkleinert wird, daß es möglich ist, weniger kostspielige Materialien zu verwenden, und daß es nicht erforderlich ist, aktive Schutzeinrichtungen vorzusehen, wie sie bis jetzt bei Reaktorschutzvorrichtungen benötigt werden; gleichzeitig soll die Reaktorschutzvorrichtung möglichst wenig Raum einnehmen.
Natürlich muß es sich hierbei um eine mit absoluter Zuverlässigkeit arbeitende Vorrichtung handeln, die sich einem Kernreaktor zuordnen läßt, und die einen größeren Spielraum für die Zahl des Standortes von Kernkraftwerken bietet, damit eine erhebliche Verringerung der Kosten der Versorgung großer Städte mit elektrischer Energie erzielbar ist; hierbei muß die Schutzvorrichtung so ausegbildet sein, daß sie den möglichen Betriebsstörungen angepaßt ist, zu denen auch ein Verlust an Kühlmittel gehört, wie er bei einem doppelseitigen Bruch der größten Rohrleitung der Reakt6rkühlanlage auftreten kann; ferner soll eine passive Schutzvorrichtung geschaffen werden, die geeignet ist, zusätzlichen Kräften standzuhalten, welche auf Saturerscheinungen zurückzuführen sind, z.B. Belastungen durch Schnee und Eis, Orkane, Wirbelstürme, Überflutungen vom Typ des Tsunami und der Seiche, sowie Erdbeben; außerdem soll die Vorrichtung einen Schutz gegen Geschosse oder herumfliegende Krümmer bieten, wie sie bei Flugzeugzusainmenstößen entstehen; die passive Schutzvorrichtung soll die auftretenden physikalischen Kräfte in geordnete Wege leiten, um ein maximales Maß von Zuverlässigkeit beim Schutz von Kernkraftwerken zu gewährleisten; auch soll es die Schutzvorrichtung ermöglichen, im großtechnischen Maßstab Untersuchungen bezüglich der Wirksamkeit der Kühlung des Reaktorkerns für den Fall eines Kühlmittelverlustes durchzuführen; schließlich soll es die Schutzvorrichtung ermöglichen, ein Kernkraftwerk nach dem Auftreten eines Betriebsunfalls einschließlich des Kühlmittelverlustes wieder betriebsfähig zu machen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung eine ausschließlich passiv arbeitende Schutzvorrichtung für einen Lernreaktor geschaffen worden, die eine vollständige Umschließung einer Reaktoranlage bildet, bei der mit einem Hochdruck-und Hochtemperatur-Kühlmittel und/oder einem Moderator, z.B.
Leichtwasser oder Schwerwasser, gearbeitet wird.
Bei der nachstend als Beispiel beschriebenen Ausführungsform der Erfindung dient die passive Schutzvorrichtung dazu, einen Schutz auch unter den ungünstigsten Bedingungen zu bieten, d.h. auch dann, wenn ein plötzlicher Bruch einer Rohrleitung zu einem Verlust an Kühlmittel führt. Die erfindungsgemäße passive Schutzvorrichtung läßt sich gleich gut sowohl bei Druckwasserreaktoren als auch bei Siedewasserreaktoren anwenden.
Zu einer solchen passiven Sctutzvorrichtung für einen Druckwasserreaktor gehören mehrere miteinander verbundene Zellen oder Kammern; in jeder dieser Zellen ist ein größerer Bestandteil der Kernreaktoranlage untergebracht, z.B. das Reaktorgefäß, Dampferzeuger, Pumpen, Druckerzeugungseinrichtungen, ein regenerativer Wärmetauscher sowie Rohrleitungen. Innerhalb der Zellen der Schutzvorrichtung umschließt ein erster Behälter bzw. ein Hauptbehälter, der sich aus miteinander verbundenen Mänteln aus Stahl zusammensetzt, die gesamte Kühlanlage des Reaktors. Ein zweiter Behälter aus Stahl bildet eine dem ersten Behälter bzw. dem Hauptbehälter unmittelbar benachbarte Umschließung. Diese zweite Umschließung ist ihrerseits in einer weiteren Umschließung aus Stahlbeton oder vorgespanntem Beton angeordnet. Zwischen der ersten und der zweiten UmschlieBung ist ein Ringraum vorhanden, der mit Wasser gefüllt ist.
Überflutungsbehälter und Behälter zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes sind unter vollständiger Einschließung in die Zellen der Schutzvorrichtung in einer bestimmten Höhe über der Reaktorkühlanlage und den zugehörigen Rohrleitungen angeordnet und mit Wasser gefüllt. Der ersten Umschließung und auch der zweiten Umschließung sind Sicherheits- bzw. Druckentlastungseinrichtungen zugeordnet, die es ermöglichen, eine Verbindung zu einem Tiefbrunnen herzustellen.
Der Tiefbrunnen umgibt die Schutzzelle für das Reaktorgefäß und erstreckt sich unterhalb des Reaktorgefäßes nach unten. Der mit einer Auskleidung aus Stahl versehene Tiefbrunnen, der eine opplungsflüssigkelt enthält, ist mit einer Umschließung aus Stahlbeton und/oder Spannbeton versehen. In den Tiefbrunnen sind zwei getrennte Sätze von Wärmetauscheranordnungen eingetaucht und durch eine Strömungsleiteinrichtung voneinander getrennt, die sich praktisch über die ganze Tiefe des Tiefbrunnens erstreckt. Eine der Wärmetauscheranordnungen steht in Verbindung mit dem das Re-Reaktorgefäß enthaltenden Raum, während die zweite Wärmetauscheranordnung in Verbindung mit einem Gewässer im Freien steht. Wärmetauscheranordnungen sind auch für die Kopplungsflüssigkeit vorhanden, mit welcher der Ringraum zwischen dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter gefüllt ist. Diese Wärmetauscheranordnungen befinden sich in dem genannten Gewässer im Freien.
Das asser, das sich in den Behältern zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes, den Überflutungsbehältern, dem Ringraum zwischen der ersten und der zweiten Umschließung sowie in dem Tiefbrunnen befindet, ist auf besondere Weise behandelt, um die gewünschte Schutzwirkung zu gewährleisten0 Das wiasser ist entgast und es enthält in Lösung befindliche Chemikalien, die als Neutronengift, Korrosionsschutzmittel, Getter für Sauerstoff unf Getter für Radionuklide zur Wirkung kommen.
Die Wasserfüllung wird mit Hilfe von Dampfstrahl-Kühleinrichtungen oder von Wärmetauscheranordnungen im gekühlten Zustand gehalten0 Die passive Schutzvorrichtung ist normalerweise in einem Reaktorgebäude untergebracht. Die Anordnung der Zellenkonstruktionen ermöglicht es, auch die Räume zum Aufnehmen von verbrauchtem Kernbrennstoff und eine Brennstoffbeschickungskammer im Reaktorgebäude unterzubringen. Die Wärmetauscheranordnungen, welche den Räumen zum Lagern verbrannten Kernbrennstoffs zugeordnet sind, stehen in offener Verbindung mit dem im Freien befindlichen Gewässer, Wenn die passive Schutzvorrichtung nach der -Erfindung auf typische Weise auf einen Verlust an Kühlmittel anspricht, bewirkt die Dekompression des Reaktorkühlmittels, die durch einen Rohrbriich hervorgerufen wird, daß in der ersten Umschließung, in der normalerweise ein hohes Vakuum aufrechterhalten wird, Dampf erzeugt wird. Dieser Dampf setzt die Umschließung unter Druck, und beim Erreichen eines vorbebestimmten Drucks bewirkt der Dampf, daß den Uberflutungsbehältern zugeordnete Verschlußscheiben aufgerissen werden. Dies hat zur Folge, daß Dampf in den Überflutungsbehälter einströmt, daß eine thermische Entspannung des Dampfes stattfindet, und daß sich die Uberflutungsbehälter vollständig mit Wasser füllen. Durch dieses Füllen der Überflutungsbehälter mit Wasser wird der von dem ersten Behälter umschlossene Raum einem erhöhten Druck ausgesetzt, bis das Abblasen des Kühlmittels durch den in dem Behälter entstehenden Gegendruck unterbrochen wird. Der erste Behälter ist so ausgebildet, daß das Abblasen des Kühlmittels durch den in dem Behälter entstehenden Gegendruck unterbrochen wird, während sich im Reaktorgefäß noch eine Wassermenge befindet, die ausreicht, UL den Kernbrennstoff wirksam zu kühlen.
Bevor das Abblasen des Reaktorkühlmittels durch den Gegendruck in der Umschließung beendet wird, bewirkt der hydrostatische Druck, der in den Behältern zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes herrscht, daß den Verbindungsleitungen zugeordnete Rückschlagventile geöffnet werden, woraufhin vorbehandeltes Wasser in die Reaktorkühlanlage eingespritzt wird. Die Dekompression der Nachfüllbehälter führt dazu, daß Verschlußscheiben aufgerissen werden, die den Dampfverteilern zugeordnet sind, welche zwischen der Sekundärseite der Dampferzeuger und den Nachfüllbehältern angeordnet sind.
Durch dieses Aufreißen der Verschlußscheiben wird das Strömen von Dampf von den Dampferzeugern zu den Strahlinjektoren eingeleitet; der durch diese Injektoren strömende Dampf reißt vorbehandeltes Wasser aus den Nachfüllbehältern mit.
Der Dampf und das Wasser werden innig miteinander gemischt, während sie den Diffusorteil des Injektors durchströmen, so daß eine homogene Lösung aus dem vorbehandelten Wasser entsteht, mit der das Reaktorgefäß nachgefüllt wird.
Das gekühlte Wasser in den erhöht angeordneten Überflutungsbehältern schreckt den während des Abblasens des Kühlmittels überströmenden Dampf ab, während sich der Gegend druck in dem Behälter erhöht, um das Abblasen zu beenden.
Sobald das Abblasen des Eühlmittels beendet ist, kommt unter der Wirkung der Schwerkraft das gekühlte Wasser, das Neutronengift in Lösung enthält, zur Wirkung, um die Rohrleitungen des Reaktors vollständig zu überfluten und die Reaktorkühlanlage über die Rohrbruchstelle, die zu dem Kühlmittelverlust geführt hat, nachzufüllen. Die gesamte in der Reaktoranlage gespeicherte Energie wird von dem Überflutungswasser aufgenommen. Die Überflutungswassermenge hat ein Wärmeaufnahmevermögen, das ausreicht, um die Temperaturen auf niedrige Werte zu bringen, so daß die Atmosphäre in dem Hauptbehälter durch die Überflutung wieder auf das normale hohe Vakuum zurückgeführt wird. Alle Stoffe, die aus dem Hauptbel hälter während des Abblasens und Uberflutens entweichen, werden von dem Wasser in dem zweiten Behälter aufgenommen. jeder etwaige Überdruck, der in dem ersten Behälter während des abblasens auftritt, wird zu dem Wasser in dem Tiefbrunnen abgeführt.
Die weiterhin als Zerfallswärme von dem Kerubrennstoff abgegebene Energie wird durch Wärmeleitung und natürliche Konvektion passiv an die Umgebung abgegeben. Diese Wärme wird zuerst durch Konvektion vom Kernbrennstoff an das Reaktorkühlmittel abgegeben und gelangt dann durch Wärmeleitung innerhalb der nicht isolierten Metallwände der Reaktoranlage zu dem Überflutungswasser in dem ersten Behälter. ii(ühlmittelleitungen, die an die Wärmetauscheranordnung in dem Tiefbrunnen angeschlossen sind, überführen die Wärme durch Leitung und Konvektion aus dem das Reaktorgefäß enthaltenden Raum zu dem Wasser in dem Tiefbrunnen. Die thermische Konvektion bewirkt ein Umwälzen des Wassers in dem Tiefbrunnen um die Umlenkeinrichtung herum und an der zweiten in dem Tiefbrunnen vorhandenen Wärmetauscheranordnung vorbei. Im Bereich der zweiten Wärmetauscheranordnung wird die Zerfallswärme durch Leitung an Wasser abgegeben, das durch die Rohre strömt und durch natürliche Konvektion veranlaßt wird, von dem im Freien gelegenen Gewässer aus durch die Rohre zu strömen.
Ferner wird Energie passiv durch das wasser in dem zweiten Behälter ins Freie abgeführt. Hierbei wird Wärme mittels ivärmeleitung durch den Stahlmantel aus dem Uberflutungswasser in dem ersten Behälter auf das Wasser in dem zweiten Behälter übertragen. Das Wasser in dem zweiten Behälter strömt dann infolge natürlicher Konvektion durch die Wärme tauscheranordnungen, die sich im Freien in einem Gewässer befinden. Das Wasser dieses Gewässers wird durch thermische Konvektion veranlaßt, an den Wärmetauscheranordnungen vorbei zu zirkulieren, um die in dem Wasser aus dem zweiten Uehälter enthaltene Wärme aufzunehmen.
Der Aufbau der passiven Schutzvorrichtung ermöglicht es, die Räume zum Lagern des verbrauchten kernbrennstoff s und die Hilfseinrichtungen des Reaktors im Reaktorgebäude unterzubringen. Diese Anordnung ermöglicht auch die Qerwendung passiver Wärmeaustauschkreise, die an Qiärmetauscheranordnungen angeschlossen sind, welche den Räumen zum Lagern von verbrauchtem Kernbrennstoff und den liilfseinrichtungen des Reaktors zugeordnet sind. Diese passiven Wärmetauscheranordnungen geben Wärme an das im Freien befindliche Gewässer ab.
Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein Reaktorgebäude zum Aufnehmen einer passiven Schutzvorrichtung nach der Erfindung, wobei der Schnitt durch eine Überflutungsbehälterzelle, eine Reaktorkühlmittelpumpenzelle, die Reaktorgefäßzelle, eine Dampferzeugerzelle, eine Nachfüllbehälterzelle und Zellen zum Aufnehmen von Verbindungsrohrleitungen für das Reaktorkühlmittel im wesentlichen längs der gebrochenen Linie I-I in Fig. 4 verläuft; Fig0 2 einen senkrechten Schnitt durch das Reaktorgebäude, der im wesentlichen längs der Linie II-II in Fig.4 durch zwei Räume zum Aufnehmen von verbrauchtem kernbrennstoff verläuft, zwischen denen sich der Raum zum Beschicken des Kernreaktors mit ernbrennstoff befindet; Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch das Reaktorgebäude längs der Linie III-III in Fig. 4, der durch eine Druckerzeugerzelle, einen begehbaren Schacht, die das Reaktorgefäß enthaltende Zelle, einen zweiten begehbaren Schacht und die Zelle verläuft, welche den regenerativen Wärmetauscher enthält Fig. 4, 5, 6 und 7 jeweils einen waagerechten Schnitt durch das Reaktorgebäude längs der betreffenden der Linien IV-IV, V-V, VI-VI und VII-VII in Fig. 2; Fig. 8 und 9 jeweils eine schematische Darstellung von behältern zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes, wobei in Fig. 8 eine typische Rohrleitungsanordnung für einen lachfül1behälter dargestellt ist, während Fig. 9 die allgemeine Anordnung der Nachfüllbehälter bei einem Druckwasserreaktor mit vier Kühlschleifen erkennen läßt; und Fig. 10, 11, 12 und 13 jeweils eine graphische Darstellung eines bestimmten aesichtspunktes, der bei einer Schutzvorrichtung zu berücksichtigen ist, die im Fall eines Kühlmittelverlustes bei einem Druckwasserreaktor zur Wirkung kommen soll, welcher für eine elektrische Leistung von 1000 KW ausgelegt ist.
Hierbei veranschaulicht kig. 10 die Beziehung zwischen dem insgesamt benötigten freien Voluemn und dem höchsten bei einem Betriebsunfall auftretenden Druck bei einer dem vollen Druck standhaltenden, im trockenen Zustand zu betreibenden Schutzvorrichtung, die normalerweise bei atmosphärischem Druck, (1,01 bar) bzw. bei einem hohen Vakuum von etwa 0,138 bar bzw. bei einem vollen Vakuum von 0 bar arbeitet.
Fig. 11 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Menge des Xeaktorkuhlmittels, das in der flüssigen Phase gehalten wird, d.h. der gesamten lunge, die in der Reaktorkühlanlage und dem ersten Schutzbehälter vorhanden ist, und dem bei einem Betriebsunfall auftretenden höchsten Druck, d.h.
dem Gegendruck in der bchutzvorrichtung, für den Fall einer dem vollen Druck standhaltenden, trocken zu betreibenden Schutzvorrichtung, wobei auch die Kühlmittelmenge dargestellt ist, die allein in dem Reaktorgefäß zurückbleibt.
Fig. 12 veranschaulicht die Beziehung zwischen der i£enge des Reaktorkühlmittels, das allein im Reaktorgefäß in der flüssigen Phase verbleibt, und dem bei einem Detriebsunfall auftretenden höchsten Druck, d.h. dem Gegendruck in der ersten Umschließung für den Fall einer passiven Schutzvorrichtung, wobei Dampf in t'berflutungsbehälter eingeleitet wird, und wobei der erste Behälter bzw. der Hauptbehälter insgesamt ein freies Volumen aufweist, das etwa 2830 bzw. etwa 2125 bzw.
etwa 1410 bzw. etwa 990 m3 beträgt.
Fig. 13 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Druck, der in dem ersten Behälter naah dem Cberfluten herrscht, und der IVlenge der Überflutungsflüssigkeit, die in der passiven Schutzvorrichtung bei einer 'i'emperatur von 160 bzw 100 bzw0 40 C gespeichert ist; für diesen Vergleich ist das insgesamt verfügbare freie Volumen des ersten Behälters mit etwa 990 m3 angesetzt, und es ist angenommen, daß vor dem der Konstruktion zugrunde liegenden Betriebsunfall in dem Behälter ein Druck von etwa 0,138 bar absolut aufrechterhalten wird.
In Figo 1 bis 7 ist eine passive Schutzvorrichtung für einen mit vier Schleifen versehenen flruckwasserreaktor dargestellt. Die erste Umschließung setzt sich aus miteinander verbundenen Zellen zusammen, welche die verschiedenen '2eile der Beaktorkühlanlage umschließen. Gemäß Fig. 1 ist in einer Reaktorgefäßzelle 101 das Reaktorgefäß 102 untergebracht. Es sind vier Dampferzeugerzellen 103 vorhanden,-von denen jede einen Dampferzeuger 104 enthält. Weiterhin weist das dargestellte Gebäude vier eaktorkühlmittelpumpenzellen 105 auf, und in jeder dieser Zellen ist eine Reaktorkühlmittelpumpe 106 angeordnet. In einer weiteren Zelle 107 befindet sich eine Einrichtung 108 (Fig. 3) zum Aufbringen von Druck. In einer Zelle 109 (Fig. 5) ist gemäß Fig. 3 der regenerative Hochdruck-Wärmetauscher 110 untergebracht. Weitere Zellen 111 enthalten die Rohrleitungen 112, aus denen sich die das Reaktorkühlmittel enthaltende Anlage zusammensetzt0 In weiteren Zellen 113 befinden sich die Behälter 114 zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes. Das untere Ende jeder einen Sachfüllbehälter enthaltenden Zelle 113 ist mit abdichtender Wirkung mit einem tragenden antel verschweißt, der einen bestandteil der ersten Umschließung bildet. Die Zellen 115 (Fig. 1), welche die mit den Nachfüllbehältern 114 verbundenen Rohrleitungen enthalten, verbinden diese tragenden Mäntel mit den benachbarten Dampferzeugerzellen 103.
In weiteren Zellen 116 sind gemäß Fig. 1 die tberflutungsbehälter 117 angeordnet. Das untere Ende jedes Uberflutungsbehälters ist mit abdichtender Wirkung mit einem tra genden Mantel verschweißt, der ebenfalls einen Bestandteil der ersten Umschließung bildet0 Die Zellen 118, in denen sich die an die Überflutungsbehälter angeschlossenen Rohrleitungen befinden, verbinden diese tragenden Mäntel mit den benachbarten Dampferzeugerzellen 103.
Die Zellen der Umschließungen sind aus Stahl und beton aufgebaut. Eine lückenlose Auskleidung 119 aus Stahl (Fig. 3) bestimmt die Form der miteinander verbundenen Zellen. Innerhalb der Zellen ermöglicht es der vorhandene freie Raum, sich Zugang zur Wartung der Teile des Reaktors zu verschaffen.
Die zylindrischen Mäntel 119 aus Stahl sind auf ihrer Innenseite mit Qersteifungsringen versehen, um den Mänteln das Widerstandsmoment zu verleihen, das erforderlich ist, um es ihnen zu ermöglichen, dem Außendruck standzuhalten, dem die die erste Umschließung bildenden Zellen ausgesetzt sind.
Ferner sind Verstärkungsringe an den Verbindungen zwischen den die Rohrleitungen enthaltenden Zellen und denjenigen Zellen vorhanden, in denen sich die Hauptteile der Anlage befinden.
Die Zellen 111 zum Aufnehmen der Rohrleitungen für die Reaktorkühlanlage ermöglichen es auf bequeme Weise, Rohrleitungsunterstützungen und Ilalterungen einzubauen, die dazu dienen, Beschädigungen der ersten Umschließung und anderer bauteile für den Fall zu verhindern, daß ein zu Bruch gehendes Rohr beim Entstehen eines Kuhlmittellecks peitschenschlagähnliche Bewegungen ausführt. Bei diesen Unterstützungen und Halterungen für die Rohrleitungen handelt es sich um Dreipunkthalterungen, die von den Versteifungsringen und den Qerstärkungsringen getrennt sind, welche der Stahlauskleidung 119 der ersten Umschließung in den Zellen für die Rohrleitungen zugeordnet sind. Die Qersteifungsringe sind außerdem in kleinen Abständen verteilt, um die Auskleidung aus Stahl zusätzlich zu schützen0 Die größeren Bauteile sind gegen Bewegungen, die z.B. bei Erbeben auftreten könnten, durch Gefäßstabilisatoren geschützt.
Die Auskleidung 119 aus Stahl ist auf nicht dargestellte Weise doppelwandig ausgebildet0 Die Ringräume zwischen den Stahlblechen sind mit Wasser gefüllt, in dem ein Neutronengift gelöst ist. Der von dem inneren Blech umschlossene Raum bildet die erste Umschließung für die Reaktorkühlanlage.
Während des Xeistungsbetriebs des reaktors wird in diesem freien Raum ein hohes Vakuum aufrechterhalten, damit auf eine Wärmeisolierung auf den Außenflächen der keaktorkühlanlage verzichtet werden kann. Wird der Reaktor außer Betrieb gesetzt, um die Durchführung von Wartungsarbeiten zu ermöglichen, läßt man Luft, die sich auf atmosphärischem Druck befindet, in der ersten Umschließung zirkulieren; hierzu werden die Unterdruck- bzw. Absaugleitungen verwendet, die mit dem Inneren der ersten Umschließung in Verbindung stehen.
Die Vermeidung der Verwendung einer Wärmeisolierung an den Außenflächen der Reaktorkühlanlage, der Sekundärteile der Dampferzeuger und der Hilfsrohrleitungen stellt eine entscheidende Verbesserung gegenüber den bis jetzt bekannten Schutzvorrichtungen dar, bei denen bei hoher bzw. niedriger Temperatur betriebene Einrichtungen und die Oberflächen bestimmter Bauteile innerhalb der ersten Umschließung mit einer Wärmeisolierung versehen sein müssen. Diese Verbesserung bietet insbesondere die folgenden Vorteile: Eine Verkleinerung des iauminhalts der Umschließung, eine Verkürzung der Bauzeit, eine Einsparung an Siaterialkosten, die Ausschaltung der gefahr einer Spannungskorrosion als Folge des Vorhandenseins von Chloriden, die als Verunreinigungen in der Wärmeisolierung vorhanden sind, die Ermöglichung einer ständigen Fernüberwachung der kritischen Teile der unverkleideten Außenflächen aus Stahl bei den Rohrleitungen für das Reaktorkühlmittel, dem Reaktorgefäß und anderen größeren Bauteilen, ferner eine verkürzung der Zeit, während welcher das iartungs- und Prüfpersonal der Strahlung ausgesetzt ist, was auf die Einsparung der Zeit zurückzuführen ist, die benötigt wird, um die wärmeisolierung zu entfernen und wieder einzubauen, sowie die Vermeidung der Gefahren, die sich aus dem Vorhandensein einer erodierten Wärmeisolierung im Fall eines Kühlmittelecks ergeben, Bei den bis jetzt bekannten ;schutzvorrichtungen bewirkt der Strahl, der beim Abblasen des Kühlmittels beim Entstehen einer Leckstelle entsteht, daß die isolierung erodiert wird, daß das Isolationsmaterial in Wasser suspendiert wird, daß hierdurch Spritzdüsen und Luftfilter verstopft werden, die zu den Sprüh- und Luftumwälzeinrichtungen gehören, und daß au-Berdem Wärmetauscher und die Siebe an den Pumpeneinlässen der Notumwälzeinrichtung verstopft werden, die dazu dient, die Zerfallswärme abzuführen.
Der wassergefüllte Ringraum zwischen der ersten und der zweiten Umschließung bildet einen "Wassermantel", der mit Ausnahme der Durchlässe der Umschließung als "kalte Wand" für die erste Umschließung zur Wirkung kommt. Das aus der ersten Umschließung entweichende Kühlmittel wird von dem Wasser in der zweiten Umschließung aufgenommen0 Der Abstand zwischen den Blechen der "kalten Wand" kann zwischen einigen Zoll (rund 25 mm) und mehreren zum (rund 300 mm) variieren, was sich jeweils nach den konstruktiven Einzelheiten der passiven Schutzvorrichtung richtet.
Nahezu sämtliche Zellen der ersten Umschließung sind von einer Betonkonstruktion 120 (Fig0 4) umschlossen, die nach Bedarf vorgespannt oder gewehr: ist, jedoch mit Ausnahme des oberen indes des Reaktorgefäßes. Gemäß Fig. 1 ist ein mit einem Flansch versehener Dom 121 vorhanden, der die Antriebseinrichtungen für die Regelstäbe umschließt. Diese Regelstabantriebe sind über ein mit einem Flansch versehenes Mannloch 122 am oberen Ende des Druckbehälters zugänglich.
Die betonkonstruktion, welche die zweite Umschließung unmittelbar umgibt, bildet eine Abstützung sowohl für die zweite als auch für die erste Umschließung sowie für die darin untergebrachte Reaktorkühlanlage. An allen Punkten hat die Betonkonstruktion eine ausreichende Xandstärke, um als biologische Abschirmung zur Wirkung zu kommen. Somit sind die personen, die sich im Reaktorgebäude aufhalten, gegen durchdringende Strahlung geschützt, und zwar sowohl während des normalen Reaktorbetriebs als auch bei sämtlichen betriebsunfällen, die sich innerhalb der ersten Umschließung abspielen, und zu denen auch Verluste an Kühlmittel gehören.
Einige der Zellen der ersten Umschließung sind unterteilt. Die das Reaktorgefäß enthaltende Zelle setzt sich aus zwei Kammern, einer oberen und einer unteren, zusammen0 Die obere Kammer wird gemäß Fig. 1 durch den mit einem Flansch versehenen Dom 121 aus Stahl gebildet, In der unteren Kammer befindet sich das Reaktorgefäß 102. Die beiden Kammern sind gemäß Fig. 1 durch eine Membran 123 aus Stahl voneinander getrennt. Soll der Reaktor mit frischem Brennstoff beschickt werden, wobei das mit einem Flansch versehene Kopfstück 124 von dem Reaktorgefäß abgenommen wird, wird ein Dichtungsring mit Hilfe von Schrauben befestigt, um eine zweite Abdichtung gegen Wasserdurchtritt zwischen der oberen und der unteren Kammer herbeizuführen. Diese in Fig, 1 nicht dargestellte zweite Abdichtung überbrückt den Ringraum zwischen dem Flansch des Reaktorgefäßes 102 und der aus Stahl bestehenden Auskleidung der Schutzvorrichtung im Bereich der das Reaktorgefäß enthaltenden Zelle 101.
Zu jeder der vier Zellen 105 zum Aufnehmen der Reaktorkühlmittelpumpen gehören zwei Kammern, und zwar eine Kammer für den Pumpenmotor und eine Kammer für die Pumpe. Der freie Raum, der die Pumpengehäuse 106 unmittelbar umgibt, bildet gemäß Fig. 1 jeweils die untere Kammer. Die Pumpenmotoren 126 sind in zugehörigen Kammern 125 untergebracht. Den Motorkammern 125 kann entweder Luft oder eine aus einem inerten Gas bestehende Atmosphäre zugeführt werden. Gleichzeitig kann der verbleibende Teil des freien Raums oder Volumens im Inneren der ersten Umschließung entweder auf einem hohen Vakuum oder dem atmosphärischen Druck gehalten werden.
Gemäß Fig. 1 unterteilt eine Membran 127 aus Stahl jede Pumpenzelle in zwei Kammern. Die Membran ist mit abdichtender Wirkung mit dem Pumpengehäuse und der Auskleidung der Zelle verschweißt, um die den Motor enthaltende obere Kammer 125 abzugrenzen.
Die aus Stahl bestehende Auskleidung der Motorkammer 125 ist mit abdichtender Wirkung mit einem tellerförmigen Abschlußteil 128 verschweißt. Dieses AbschluBteil kann leicht ausgeschnitten werden, so daß es möglich ist, den betreffenden Pumpenmotor über eine unmittelbar darüber angeordnete Öffnung auszuwechseln. Nach der Erneuerung der Pumpe wird das tellerförmige Kopfstück 128 wieder eingeschweißt.
Die vier XeaktorgefäB-liachfullbehälter und die vier Uberflutungsbehälter 117 enthalten gelöstes Neutronengift. Der Inhalt dieser Behälter wird mit Hilfe mechanischer Kühleinrichtungen auf einer tiefen Temperatur gehalten. In drei beliebigen Nachfüllbehältern 114 wird eine Blüssigkeitsmenge bereitgehalten, die ausreicht, um das Reaktorgefäß 102 beim Nachfüllen nach dem Auftreten eines liühlmittelverlustes zum tiberlaufen zu bringen.
Die tberflutungsbehälter 117 enthalten eine Flüssigkeitsmenge, die ausreicht, um das freie Volumen der ersten Umschließung bis zu einem Niveau zu füllen, das höher liegt als jede Rohrbruchstelle, die bei der primären Kühlanlage entstehen könnte0 An den unteren Enden der Üb zu rf tberflutungsbehälter 177 sind aufreißbare Scheiben 129 vorhanden. Unmittelbar über jeder aufreißbaren Scheibe ist ein Rohrabschnitt 430 angeordnet, der als Diffusor zur Wirkung kommt, um den Dampf mit Überflutungsflüssigkeit abzuschrecken, während bei einem Kühlmittelverlust Dampf überströmt.
In Leitungen 131, die an die oberen Enden der Überflutungsbehälter 117 angeschlossen sind, sind Überdruckventile eingeschaltet. Wird beim Auftreten eines Überdrucks Flüssigkeit durch diese Überdruckventile abgeführt, wenn ein Kühlmittelverlust auftritt, wird das Kühlmittel zu einem Tiefbrunnen 201 abgeleitet.
An allen tiefliegenden Punkten der ersten Umschließung sind Entleerungsleitungen mit zwei in heihe geschalteten Absperrventilen und einer Wasserabdichtungseinrichtung angeordnet, und zwar bei den Dampferzeugerzellen, bei der unteren und der oberen Kammer der das Reaktorgefäß enthaltenden Zelle sowie bei den oberen und unteren Kammern der Zellen, in denen sich die Pumpen für das Reaktorkühlmittel befinden. Alle diese Entleerungsleitungen führen zu einem Lecküberwachungsbehälter. Die oberen Kammern der Pumpenzellen sind hierbei an einen gesolderten Behälter angeschlossen. Die beiden Behälter sind ihrerseits mit einem Raum zum Lagern radioaktiver Abfallstoffe verbunden.
Diese Entleerungsleitungen können benutzt werden, um die Anlage nach dem Auftreten eines Kühlmittellecks wieder betriebsfähig zu machen. Nachdem der gesamte Kernbrennstoff aus dem Reaktorgefäß in die Räume zum Lagern von Kernbrennstoff überführt worden ist, wird die Überflutungsflüssigkeit, mit welcher die erste Umschließung überflutet worden ist, über den Lecküberwachungsbehälter allmählich abgezogen, woraufhin die Flüssigkeit mit Hilfe einer Einrichtung zum Verarbeiten flüssiger radioaktiver Abfallstoffe behandelt wird.
Nachdem die gesamte Überflutungsflüssigkeit abgezogen worden ist, kann man die aus Stahl bestehenden Innenflächen der ersten Umschließung besprühen, wozu man die Dampfleitungen benutzt, die in erster Linie zu dem ßweck vorhanden sind, die atmosphärische Luft auszutreiben und die Anlage für die normale Ingangsetzung des Reaktors vorzubereiten. Nach der Durchführung mehrerer Arbeitsgänge zum Aufspritzen von Entgiftungslösungen zum Abwaschen der möglicherweise radioaktiven Flächen kann die Anlage in einem begrenzten Ausmaß zugänglich gemacht werden, um die Entgiftung vollständig durchzuführen. ach der Durchführung dieser Entgiftung kann man den durch den Verlust an Kühlmittel hervorgerufenen Schaden abschätzen und die Instandsetzungsarbeiten durchführen, die erforderlich sind, um die Anlage wieder in einen Zustand zu bringen, bei dem mit dem Leistungsbetrieb fortgefahren werden kann.
Die Umschließung 201 des Tiefbrunnens ist mit in hohem Maße bohriertem Wasser gefüllt, bei dem die Borkonzentration derjenigen des Reaktorkühlmittels während der Arbeiten zum Beschicken mit neuem Kernbrennstoff gleichwertig ist0 Nach dem Abstellen des Reaktors zum Dweck des Einbringens von neuem Kernbrennstoff wird das borhaltige Wasser aus dem Tiefbrunnen zu dem Raum 202 für die Deschickung mit Siernbrennstoff gepumpt. Nach der Beendigung der beschickungsarbeiten wird das borhaltige Wasser aus dem Raum 202 wieder zu dem iefbrunnen abgelassen. Ver Tiefbrunnen weist eine innere Zone 203 und eine äußere Zone 204 auf, die gemäß Fig. 1 durch einen damit konzentrischen Zylinder 205 aus Stahl getrennt sind, welcher sich von einem Punkt nahe dem Boden des Tiefbrunnens aus bis zu einem Punkt erstreckt, der etwas höher liegt als der normale Stand des borhaltigen Wassers während des betriebs Die äußere Zone 203 dient als Wärmesenke für ein eine hohe temperatur aufweisendes Flud, das direkt an den Tiefbrunnen abgegeben wird, z.B. beim Abblasen eines zu hohen Drucks aus der Druckerzeugungseinrichtung der Kühlanlage für den Reaktor, aus den Dampferzeugern, aus dem ersten oder dem zweiten Schutzbehälter oder aus sekundären Umschließungen.
In der inneren Zone 203 des Giefbrunnens dient das borhaltige Wasser als Wärmeübertragungsmedium für die Zerfallswärme während der auf einen Verlust an Kühlmittel folgenden Zeitspanne0 Diese Wärme wird durch das borhaltige Wasser aus dem primären Schutzbehälter an den Kühlteich abgegeben. In der inneren Zone unterteilt ein Leitorgan 206 diese Zone in zwei Ringkanäie. In dem inneren Kanal sind Kühlrohre 207 angeordnet, die an Leitungen 208 angeschlossen sind, welche sich von den Zellen für die Rohrleitungen der keaktorkühlanlage aus zu der unteren Kammer des das Reaktorgefäß 102 enthaltenden Zelle 101 erstrecken. Die biologische Abschirmung unter dem Reaktorgefäß 102 ist abgestuft und mit einem durchströmbaren Ringraum versehen. Dem äußeren Ringkanal sind Kühlrohrschlangen 209 zugeordnet, die an Leitungen 210 angeschlossen sind, welche zu einem im Freien befindlichen Kühlteich führen0 Bei einem Verlust an Kühlmittel füllt sich die das Reaktorgefäß enthaltende Zelle 101 mit dem von dem Reaktor abgeblasenen Kühlmittel, der aus den Wachfüllbehältern überlaufenden Flüssigkeit sowie mit der von den bberflutungsbehältern abgegebenen Flüssigkeit. Die Wärmezirkulation in den Kühlrohren 207 bewirkt, daß fühlbare Wärme an das borhaltige Wasser in dem Tiefbrunnen abgegeben wird. Die thermische Zirkulation des Wassers in dem Tiefbrunnen bewirkt ihrerseits, daß die fühlbare Wärme auf das Wasser in dem Kühlteich übertragen wird, das auf thermischem Wege veranlaßt wird, in den Kühlrohrschlangen 209 zu zirkulieren.
Die Kühlrohrschlangen dienen ferner dazu, die fühlbare Energie zu übertragen, die unmittelbar in die äußere Zone 204 des Tiefbrunnens überführt wird, wenn die Reaktoranlage bei einem Überdruck abbläst oder wenn die Dampf erzeuger durch einen zu hohen Druck zum Abblasen veranlaßt werden. Die thermische Zirkulation des Wassers in dem iefbrunnen durch die Kühlrohrschlangen 209 bewirkt dann, daß die Wärme auf das Wasser des Kühlteichs übertragen wird.
Der Tiefbrunnen ist mit Wänden aus bewehrtem Beton versehen, die während des Xeaktorbetriebs einen zusätzlichen biologischen Schutz bieten. Der Tiefbrunnen ist mit Stahlblech 211 ausgekleidet, und in diesem kann während des normalen Reaktorbetriebs ein hoher Unterdruck aufrechterhalten werden.
Sekundäre Schutzumschließungen 212 sind gemäß Fig. 1 unmittelbar über den Zellen 105 angeordnet, welche die Pumpen für das Reaktorkühlmittel enthalten. Mannlöcher 213 mit verschraubten Doppelflanschen ermöglichen es, die Kammern 125, in denen sich die Pumpenmotoren befinden, zur Durchführung von Nachprüfungen, Untersuchungen und Wartungsarbeiten zugänglich zu machen. Die benötigten Rohrleitungen, elektrische Leitungen und Steuerleitungen erstrecken sich von den Motorkammern aus durch besondere Durcabrüche der Umschließung oberhalb der Pumpenmotoren 126.
Den Motorkammern 212 wird Zuluft oder eine inerte Gasatmosphäre über Rohrleitungen von der darüber liegenden Umschließung aus zugeführt. Sollen die Motorkammern für Personal zugänglich gemacht werden, wird ihnen Zuluft zugeführt.
Um den Betrieb des Reaktors zu ermöglichen, wird die Luft durch ein inertes Gas ersetzt. Das inerte Gas verbessert nicht nur die Übertragung von Wärme von den Pumpenmotoren zu dem in dem Ringraum enthaltenen Flud, sondern es verhindert auch ein anderenfalls mögliches Verbrennen der elektrischen Beitungen für Meßgeräte und der Steuerleitungen. Außerdem bietet das inerte Gas einen Schutz gegen ein Verbrennen des Schmieröls der Pumpenmotoren sowohl während des normalen Betriebs als auch bei einem Verlust an Kühlmittel. Zur Verhütung von Betriebsunfällen sind die Kammern für die Pumpenmotoren mit einer Panzerung 214 versehen, die einen Schutz gegen umherfliegende Teile der Schwungräder der Pumpen für den Fall bildet daß die Pumpen beschädigt werden.
Gemäß Fig. 3 ist eine sekundäre Schutzumschließung 215 unmittelbar über der Zelle 107 angeordnet, in der sich die Einrichtung zum Erhöhen des Drucks befindet. Ein Maahloch 216 mit verschraubten Doppelflanschen ermöglicht es, die Zelle 107 zur Durchführung von Prüf-, Untersuchungs- und Wartungsarbeiten zugänglich zu machen. Die benötigten Rohrleitungen sowie die elektrischen Leitungen für Meß- und Regelgeräte erstrecken sich von der Zelle 107 aus durch besondere Durchbrüche zu der zweiten Umschließung 215.
Die der Druckerhöhungseinrichtung 108 zugeordneten, mit Sicherheitsventilen versehenen Rohrleitungen 217 sind gemäß Fig. 3 so angeordnet, daß die Ventile zur Wartung von einer unmittelbar über dem Mannloch 216 angeordneten Plattform aus zugänglich sind. Die Abgabeleitungen, die sich an die Sicherheitsventile anschXießen, verlaufen über besondere, sie umschließende Durchbrüche 228 zu dem Tiefbrunnen 201.
Die Zelle zum Aufnehmen der Rohrleitungen, welche die Reaktorkühlanlage mit der Drucksteigerungseinrichtung 108 verbinden, ermöglichen es, den freien Raum innerhalb der Zellen 107 unter einem hohen Unterdruck zu halten. Wenn bei abgestelltem Reaktor der primäre Schutzbehälter mit Luft unter atmosphärischem Druck gefüllt ist, ermöglicht es die Rohrleitungszelle, für das Personal die benachbarten Einrichtungen zugänglich zu machen, doho die Dampferzeuger, die Pumpengehäuse, die Behälter zum Nachfüllen des Reaktorgefä ßes, die Überflutungsbehälter und das Reaktorgefäß 102.
Gemäß Fig. 3 ist unmittelbar über der Zelle 109, in der sich der regenerative Wärmetauscher befindet, eine zweite Schutzumschließung 218 angeordnet. Hierzu gehört ein Mannloch 219 mit verschraubten Doppelflanschen, über das die Umschließung für den regenerativen Wärmetauscher zugänglich ist, damit Prüf-, Untersuchungs- und Wartungsarbeiten durchgeführt werden können0 Rohrverbindungen zwischen dem retenerativen Wärmetauscher und dem nichtregenerativen Wärmetauscher erstrecken sich durch die sekundäre Umschließung. Die elektrischen Leitungen für Meß- und Steuereinrichtungen erstrecken sich von der Zelle 109 aus ebenfalls durch besondere Durchbrüche zu der zweiten Umschließung 218.
Eine Rohrleitungszelle, die die Reaktorkühlanlage mit dem regenerativen Wärmetauscher 110 verbindet, bewirkt, daß der freie Raum in dieser Zelle auf dem gleichen Druck gehalten wird wie die übrigen freien Räume in der ersten Umschließung.
Diese Rohrleitungszelle, welche auf der von der Zelle 107 für die Drucksteigerungseinrichtung abgewandten Seite der Zelle 101 für das Reaktorgefäß angeordnet ist, ermöglicht es, bei abgestelltem Reaktor die benachbarten Einrichtungen zugänglich zu machen; hierzu gehören die übrigen Dampferzeuger, Pumpengehäuse, Nachfüllbehälter für das Reaktorgefäß, Überflutungsbehälter und das Reaktorgefäß selbst, Die sekundären Umschließungen oberhalb der Pumpen für das Reaktorkühlmittel sind gemäß Fig. 1 über Abdeckungen 220 zugänglich. Ein unbefugtes Öffnen der ersten Umschließung wird dadurch unmöglich gemacht, daß ein hoher Unterdruck zwischen den verschraubten Doppelflanschen im Bereich der Mannlöcher an den Eingängen zu den Zellen vorhanden ist.
Bleibt der Reaktor während einer längeren beit abgestellt, ist es für das personal möglich, die primäre Schutzumschließung zur Durchführung von Nachprüfungs- und Wartungsarbeiten zugänglich zu machen. Bevor dies geschieht, wird der freie Raum innerhalb der Umschließung über Hochleistungsfilter und Betten aus Aktivkohle durchgespült. Zwischen den Unterdruckleitungen der primären Umschließung und der zugehörigen Belüftungsanlage werden Rohrstutzen eingebaut, um zum Zweck der Ventilation eine Verbindung zur Atmosphäre herzustellen.
Im Vergleich zum bisherigen Stand der technik führt die Verringerung des hauminhalts und der hohe Unterdruck in der primären Umschließung zu einer erheblichen, über einem Faktor von 400 liegenden Verringerung der Luftmasse, die Gammastrahlung abgebende radioaktive Teilchen enthält und aus der Umschließung nach außen herausgespült werden muß, wenn der Reaktor abgestellt wird, um ihn mit Kernbrennstoff zu beschicken und/oder andere Wartungsarbeiten auszuführen.
Der Betrieb unter einem hohen Vakuum nach einem vorbereitenden Durchspülen mit Dampf führt praktisch zu einer Beseitigung der noch vorhandenen Luft, die einer Aktivierung durch lueutronen ausgesetzt ist, welche aus dem Reaktorgefäß entweichen und in der Atmosphäre innerhalb der Umschließung dazu führen, daß Argon 41, Sauerstoff 19, Stickstoff 16 und TritIum entstehen.
Die in Fig. 3 gezeigte sekundäre Umschließung 221 dient als Rohrleitungstunnel und Ventil station für Rohrleitungen, die an die Dampferzeuger in den zugehörigen Zellen angeschlossen sind. Hierzu gehören Dampfleitungen 222 und Speisewasserleitungen 223. Diese Rohrleitungen treten aus dem Tunnel 221.nach Fig. 3 über einen Ansatz der runden Rohrleitungsumschließung aus. Gemäß Fig. 2 sind Zwischenwände 224 vorhanden, durch die hindurch die betreffenden Rohrleitungen aus dem Reaktorgebäude nach außen geführt sind. Von der sekundären Umschließung 221 aus erstrecken sich Ventilationsrohrleitungen 225 zu dem Tiefbrunnen 204. Diese Ventilationsleitungen schützen den Rohrtunnel 221 gegen einen zu hohen Druck für den Fall eines Aufreißens einer Dampfverteilungsleitung.
Diese Ventilationsleitungen haben in senkrechter Richtung gemäß Fig. 7 eine solche Länge, daß sie nach Art von seilen eines U-Rohr-Barometers zur Wirkung kommen.
Gemäß Fig0 6 sind auch Unterdruckleitungen 226, die an den primären Schutzbehälter angeschlossen sind, in dem Rohrtunnel 221 verlegt. Gemäß Fig. 2 sind Dampfinjektoren 227 mit barometrischen Schenkeln und Vakuumpumpen vorhanden, die an die Vakuumleitungen 226 angeschlossen sind, welche aus den die Dampferzeuger enthaltenden Zellen herausgeführt sind.
Diese Einrichtungen sind in einem Hilfseinrichtungen aufnehmenden Schacht untergebracht, der einen Bestandteil des Reaktorgebäudes bildet.
Gemäß Fig. 2 sind in die Dampf- und Speisewasserleitungen in einer Erweiterung des Rohrtunnels 221 Absperrventile 229 eingeschaltet. Die Unterdruckleitungen sind auf ähnliche Weise mit Absperrventile ausgerüstet0 Gemäß Fig. 6 sind Sicherheitsventile und chnellablaßventile in Abzweigleitungen 230 der Dampfleitungen 222 eingeschaltet und in dem Rohrtunnel 221 auf zweckmäßige Weise verteilt. Die Abgabeleitungen für diese Ventile führen zu dem Tiefbrunnen 201.
Gemäß Fig. 6 sind für das Personal benutzbare Schleusen 231 vorhanden, mittels welcher der Rohrtunnel 221 zugänglich gemacht werden kann. Diese Schleusen 271 sind höher angeordnet als der Boden des Rohrtunnels 221. Wenn innerhalb der Umschließung 221 ein Rihrbruch auftritt, wird die gesamte Flüssigkeit in dieser Umschließung zurückgehalten, und der entstehende Dampf wird über Rohrleitungen 225 (Fig. 6) an den Tiefbrunnen 201 abgegeben.
Eine Schutzwirkung wird auch durch das Reaktorgebäude 301 hervorgerufen, das so ausgebildet ist, daß in ihm während des normalen Betriebs ein geringer Unterdruck herrscht. Die Zellen der ersten Umschließung sind zusammen mit den zugehörigen sekundären Umschließungen, den mit niedrigem Druck arbeitenden Hilfseinrichtungen, den Einrichtungen zum Beseitigen radioaktiver Abfallstoffe, den Räumen zum Einbringen von Kernbrennstoff und den Einrichtungen zum Betreiben des Reaktors sämtlich im Inneren des lieaktorgebäudes untergebracht, Das Reaktorgebäude hat gemäß Fig. 4 bis 6 einen kreisrunden Grundriß und besteht aus Stahlbeton. Das Gebäude besitzt ein Dach 302, das von den Außenwänden des Gebäudes, den vier Dampferzeugerzellen 103, den vier Zellen -113 für die-Nachfüllbehälter und die vier Zellen 116 für die Überflutungsbehälter getragen wird.
Eine Krananlage 303 von rechteckiger Grundrißform wird ebenfalls von der Umfassungswand des neaktorgebäudes und den Dampferzeugerzellen getragen. Gemäß Fig. 3 bilden nach außen zurückspringende Aussparungen der betreffenden Zellen Plattformen zum Aufnehmen von Kranlaufschienen 304.
Außerhalb des runden Teils des Reaktorgebäudes sind zwei zum Aufnehmen von Hilfseinrichtungen bestimmte Schächte vorhanden, die jedoch mit dem eigentlichen gebäude zusammenhängen und die gleiche Festigkeit aufweisen. Gemäß Fig. 2 ist auf der Nordseite der Anlage ein Schacht 305 zum Aufnehmen von Wasserleitungen angeordnet. Diesem Schacht 305 diametral gegenüber ist ein weiterer Schacht 306 für Hilfseinrichtungen vorhanden Zu den mit Wasser gespeisten Einrichtungen gehören die zum Kühlen bestimmter Teile dienenden Wärmetauscher, die Pumpen sowie die Speisewasserpumpen. Außerdem enthält der Schacht 305 gemäß- Fig. 5 einen Personenaufzug 307 und ein Treppenhaus 308.
In dem Schacht 306 für Kilfseinrichtungen ist ein lastenaufzug 309 vorhanden, und außerdem enthält dieser Schacht ein zweites Treppenhaus 308 sowie verschiedene Bedienungs- und Hilfseinrichtungen.
Das Reaktorgebäude ist über die Personalschleuse 310 zugänglich, die gemäß Fig. 4 dem Schacht 305 für die Wasserleitungen zugeordnet ist0 Gemäß Fig. 4 ist das Reaktorgebäude außerdem über eine Schleuse 311 zum Einbringen von geräten zugänglich. Diese Schleuse bildet einen Bestandteil des Schachtes 306.
Für die verschiedenen Einrichtungen sind drei Stockwerke oder Niveaus vorhanden, die durch Lwischenböden aus bewehrtem beton voneinander getrennt sind. Besondere Durchbrüche dienen zum Aufnehmen sämtlicher Rohrleitungen, der elektrischen Leitungen, der Meß- und Steuerleitungen usw., die sich zwischen den verschiedenen Stockwerken erstrecken und aus dem Reaktorgebäude herausgeführt sind. Zwischen den verschiedenen Stockwerken sind keine Durchlässe für Personal im Inneren des Reaktorgebäudes vorhanden, sondern die verschiedenen Stockwerke sind über die Aufzugsschächte zugänglich. In jedem Stockwerk sind mechanisch miteinander verriegelte Doppeltüren 310 vorhanden, so daß das Gebäude von den Personenaufzügen aus für Personal zugänglich ist. Die Geräteschleusen 311 ermöglichen es, in jedem Stockwerk eine Verbindung zwischen den Lastenaufzügen und dem Reaktorgebäude herzustellen.
In jedem Stockwerk sind gesonderte Einrichtungen zum Heizen, zum Belüften und zum Klimatisieren der Luft vorhanden. Diese Einrichtungen sind so ausgebildet, daß sie die Zuluft ständig umwälzen, wobei die Menge der verwendeten Er+ gänzungsluft möglichst klein gehalten wird. Alle diese Einrichtungen sind so ausgebildet, daß sie es ermöglichen, im bereich der betreffenden Geräte einen geringen Unterdruck aufrechtzuerhalten0 Alle radioaktiven Stoffe, die zufällig freigegeben werden und in einen Geräte enthaltenden Raum gelangen, werden unter geregelten Bedingungen über Rochleistungsfilter und Betten aus Aktivkohle abgeführt, nachdem eine ausreichende Zerfallsperiode abgelaufen ist.
Gemäß der Erfindung wird auf eine zweckmäßige Ausnutzung des freien Raums geachtet, der innerhalb des iteaktorgebäudes die "Reaktorinsel" umgibt. Gemäß Fig. 4 und 5 sind Räume für das Beschicken des Reaktors mit Kernbrennstoff vorhanden.
Der gemäß Fig. 6 vorhandene freie Raum dient zum Unterbringen von nicht durch Radioaktivität gefährdeten Einrichtungen, und er kann zur Durchführung von Wartungsarbeiten benutzt werden. Elektrische Kabel sowie Meß und Steuerleitungen sind von der Kammer 121 aus, in der sich die Einrichtung zum Antreiben der Brennstoffstäbe befindet, durch Stahlrohre zu dem Stockwerk nach Fig. 6 nach oben geführtg diese Stahlrohre sind in den Beton eingegossen, der die Basis des Raums 202 zum Beschicken des Reaktors mit Brennstoff sowie die Basis der Räume 313 und 314 (Fig. 2) zum Aufnehmen von verbrauchtem Kernbrennstoff bildet. Auf entsprechende leise sind elektrische Kabel sowie Meß- und Steuerleitungen aus den Umschließungen oberhalb der Pumpenzellen 212, über der Zelle 215 für die Drucksteigerungseinrichtung und oberhalb der Zelle 218 für den regenerativen Wärmetauscher über Stahlrohre herausgeführt, die in den Beton eingegossen sind und sich zu dem dritten Stockwerk erstrecken. Der aus Fig. 7 ersichtliche freie Raum dient zum Aufnehmen von Reaktorhilfseinrichtungen und Bedienungseinrichtungen, und zwar einschließlich der Einrichtungen zum Handhaben von Chemikalien, von Ionenaustauschkolonnen, Kühleinrichtungen zum Abstellen des Reaktors, mit Borsäure arbeitender Einrichtungen sowie weiterer Einrichtungen, bei denen eine Gefährdung durch Radioaktivität nicht auszuschließen ist0 Die Rohrleitungen, welche diese Einrichtungen mit der Reaktorkühlmittelanlage über die sekundären Umschließungen verbinden, sind in rohrförmigen Umschließungen verlegt, die in Beton eingegossen sind0 Die genannten freien Räume dienen ferner zum Lagern von radioaktiver Flüssigkeit sowie zum Unterbrigen der Einrichtungen zum Handhaben radioaktiver Abfallstoffe. Hierzu gehören Einrichtungen zum Behandeln gasförmiger und flüssiger radioaktiver Stoffe, Außerdem ist ein Raum zum Lagern fester radioaktiver Stoffe vorhanden.
Gemäß Fig. 4 gehören zu der Zone zum Beschicken des Reaktors mit Kernbrennstoff der Raum 202 zum Einbringen von Brennstoff, der Raum 313 zum Aufnehmen verbrauchten Brennstoffs sowie ein ereitschaftsraum 314. Tore 315, die zu beiden Seiten des Raums zum Einbringen von Brennstoff angeordnet sind, trennen die Räume 313 und 314 von dem Raum 202.
Die Räume 202, 313 und 314 sind mit Wasser gefüllt, das in hohem Maße mit Bor angereichert ist0 Soll der Reaktor zum Zweck des teschickens mit Brennstoff abgestellt werden, wird das borhaltige Wasser aus dem den Reaktor enthaltenden Raum in Behälter abgelassen, die in dem Lagerraum für borhaltiges Wasser vorhanden sind. Nachdem der angeflanschte Dom 121 abgenommen worden ist, wird der angeflanschte gopf 124 des Reaktorgefäßes 102 zum Abnehmen bereitgemacht. Die den Reaktor enthaltende Kammer wird von dem Tiefbrunnen 201 aus mit dem borhaltigen Wasser gefüllt, während der Kopf 124 des Reaktorgefäßes entsprechend dem Ansteigen des Wasserspiegels angehoben wird.
Gemäß Fig. 2 ist ein Raum 316 zum Bereithalten von neuem Kernbrennstoff auf zweckmäßige Weise angeordnet. Nach der Beendigung der beschickungsarbeiten wird der Kopf des Reaktorgefäßes wieder auf das Reaktorgefäß abgesenkt, während das borhaltige Wasser aus der elle 101 abgeleitet wird, um den Tiefbrunnen 204 wieder zu füllen, Nachdem der Kopf des Reaktorgefäßes und der Dom 121 wieder eingebaut worden sind, wird das borhaltige Wasser aus den Lagerbehältern für das borhaltige Wasser in die Reaktorzelle 10i zurückgepumpt.
Bei der erneuten Ingangsetzung des Reaktors, bei der das Reaktorkühlmittel erwärmt wird, wird das überschüssige Wasser aus dem Reaktorteil abgeleitet und in den Behältern zum Speichern von bmrhaltigem Wasser gelagert, bis es einer behandlung unterzogen wird0 Der Raum 313 für verbrauchten liernbrennstoff und der bereitschaftsraum 314 sind insgesamt so bemessen, daß sie mindestens 1-2/3 Brennstoff-Füllungen für den Reaktor aufnehmen können0 Der Raum 313 für verbrauchten Brennstoff wird bei den normalen Deschickungsarbeiten benutzt, während der bereitschaftsraum 314 dann benutzt wird, wenn der gesamte Brennstoffvorrat aus dem Reaktorkern entfernt werden rollo Der Raum 313 für verbrauchten Brennstoff ist mit einer ihm benachbarten ewegossenen Grube 317 durch einen Kanal verbunden, in den ein Schieber 315 aingebaut ist. Die Grube 317 kann entleert und als Entgiftungsgrube benutzt werden, nachdem der verbrauchte Brennstoff in einen Versandbehälter eingeschlossen worden ist. Nach dem Entgiften wird der Versandbehälter aus dem Reaktorgebäude auf Schienen laufend nach dem Öffnen von Türen 334 (Fig. 4) entfernt. Es ist ein nicht dargestellter Gleisanschluß vorhanden, der sich durch die Öffnungen der Türen 334 in das Reaktorgebäude hinein erstreckt.
Gemäß Fig. 4 sind dem Beschickungsraum 202 und den Brennstoffräumen 313 und 314 Mberlaufleitungen 318 zugeordnet, die dazu dienen, eine bestimmte Standhöhe der 3'lüssigkeit aufrechtzuerhalten. Die entweichende Flüssigkeit wird zu Behältern in der Zone zum Lagern des borhaltigen Wassers geleitet.
Auf der itieschickungsebene ist gemäß Fig. 4 eine fahrbare Brücke 319 vorhanden, mittels welcher der verbrauchte Brennstoff gehandhabt und der Reaktor mit neuem Brennstoff beschickt werden kann. Es ist auch unmöglich, jedem der drei genannten Räume eine solche fahrbare Brücke zuzuordnen.
In der Reaktorzelle 202 ist genügend Raum vorhanden, so daß der Kernbehälter 320 des Reaktors und die Einbauteile 321 des Reaktors unter Wasser gelagert werden können, während neuer Brennstoff eingebracht wird; der Dom 121 und das Kopfstück 124 des Reaktorgefäßes werden in einer Ablage zone gelagert, die durch die Panzerung gebildet wird, welche vor dem beschickungsvorgang aus dem Raum über dem Beschickungsraum 202 in den Bereitschaftsraum 314 überführt worden ist.
Für jeden der drei genannten Räume ist eine thermische Konvektionskühlung vorgesehen, damit die Spaltungs- oder Zerfallswärme beseitigt werden kann, die in dem betreffenden Raum von dem verbrauchten Brennstoff abgegeben wird. gemäß Fig. 4 sind paarweise angeordnete Rohrleitungen 322 vorhanden, die mit dem Kiibl teich in Verbindung stehen und sich bei jedem Behälter in senkrechter Richtung erstrecken. Gemäß Fig. 4 sind waagerecht angeordnete Kühlrohre mit breiten Rippen 323 vorhanden, welche die mit dem Eühlteich verbundenen Einlaß- und Auslaßleitungen miteinander verbinden. Um die thermische Zirkulation zu verstärken, weisen die Kühlrohre vom Einlaß in Richtung auf den Auslaß einen geringen Anstieg auf. Die zu dem Kühlteich führenden Rückleitungen sind außerdem höher angeordnet als die Leitungen mittels welcher wasser aus dem Bühlteich den leitungen zum Kühlen der drei genannten Räume zugeführt wird. Jedem der drei Räume ist ein Umlenkorgan 324 zugeordnet, das den Kühlrohren benachbart ist0 Die Umlenkorgane liegen den Kühlrohren gegenüber und erstrecken sich nahezu über die ganze Höhe der betreffenden Räume, d.h. von einem Punkt nahe dem Boden des betreffenden Raums bis zu einem Punkt, der etwas tiefer liegt als die Standhöhe des borhaltigen Wassers. Das Wasser in dem betreffenden Raum, das sich in dem Kanal zwischen dem Umlenkorgan und der Wand des Raums befindet, wird gekühlt, und die hierdurch hervorgerufene Vergrößerung des spezifischen Gewichts des wassers bewirkt, daß eine thermische Umwälzung stattfindet0 Die Standhöhe des Wassers in dem Kühlteich ist höher als diejenige des borhaltigen wassers in den genannten Räumen, Die Wasserdichtigkeit wird dadurch überwacht, daß die Konzentration des Bors in dem Wasser in den genannten Räumen von eit zu Zeit durch eine Analyse ermittelt wird.
Gemäß Fig. 4 sind normalerweise in der geöffneten Stellung verriegelte Absperrventile 322 vorhanden, damit die Kühl einrichtung überwacht werden kann. Nach dem Schlie-Ben dieser Ventile und nach dem Lösen der Flansche an den Leitungen, die über dem Wasserspiegel in den genannten Räumen liegen, ist es möglich, die Kühleinrichtung anzuheben und sie zu überprüfen und zu reinigen. Da das Wasser in den genannten Räumen ein großes Wärmeaufnahmevermögen besitzt, steht für solche Vvartungsarbeiten genügend Zeit zur Verfügung, ohne daß eine Überhitzung der genannten Räume zu befürchten ist.
Man kann die Räume 313 und 314 für verbrauchten Brennstoff mit durchsichtigen Abdeckungen versehen, um das Verdampfen von tritiumhaltigem Wasser zu verhindern, solange keine beschickungsarbeiten im Gange sind. Außerdem ist eine als Panzer wirkende Abschirmung über dem Raum 202 zum Beschicken des Reaktors mit Brennstoff angeordnet; diese Abschirmung wird beim Beistungsbetrieb des Reaktors benutzt, um die Reaktorkühlanlage zu schützen.
Fig. 6 und 7 lassen die tragkonstruktion für den Reaktorteil erkennen. Hierzu gehören ein Fundament 325, welches das Reaktorgefäß 102 trägt, sowie eine bewehrte Betonkonstruktion, die dem Brennstoffbeschickungsraum 202 zugeordnet ist. Die zylindrische bewehrte betonwand 326, die den Tiefbrunnen 201 umschließt, das Fundament 327 für Geräte, und die zylindrische Wand 328 des Reaktorgebäudes aus bewehrtem Beton bilden eine Tragkonstruktion für sämtliche Zellen der Schutzvorrichtung sowie die darin angeordneten Weile Innerhalb der Schutzzellenkonstruktion 120 aus Beton nach Fig. 3 sind miteinander abwechselnde Kanäle ausgebildet, über welche die primären Schutzzellen zugänglich sind, und zwar zusätzlich zu dem Mannloch 216 der Zelle 107 für die Drucksteigerungseinrichtung und dem Mannloch 219 der den regenerativen Wärmetauscher enthaltenden zelle 109. Die den Tiefbrunnen 204 zugänglich machenden Schächte 232 nach Fig. 6 weisen gemäß Fig. 5 Mannlöcher 233 auf, über welche die vier Dampferzeugerzellen 103 unmittelbar zugänglich sind. In den Schächten 232 sind nicht dargestellte Treppen angeordnet, um den Zutritt über die Mannlöcher 233 zu erleichtern0 Die Zugangsschächte 232 nach Fig. 5, 6 und 7 dienen nicht nur als Zugänge zu der primären Umschließung und dem Tiefbrunnen, sondern sie haben weitere Aufgaben zu erfüllen.
Während des Reaktorbetriebs dienen die mit Stahl ausgekleideten Schächte, welche sich in die Flüssigkeit in dem Tiefbrunnen hinein erstrecken und in einem Abstand von einigen Fuß zu je etwa 300 mm vom Boden des Tiefbrunnens enden, wie es aus Figo 3 ersichtlich ist, dienen als Entleerungsleitungen für die zahlreichen Sicherheits- und Überdruckventile, die zu der Reaktorkühlanlage, der Sekundärseite der Dampferzeuger sowie der ersten und der zweiten Schutzumschließung gehören0 Die mit Sicherheitsventilen ausgerüsteten Rohrleitungen 217 der Drucksteigerungseinrichtung nach Fig. 3 erstrecken sich über einen Durchbruch 228 zu dem benachbarten Zugangs schacht 232. Auf den Behältern 114 zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes sind Überdruckventile 141 angeordnet, die entsprechend der Dampfmenge bemessen sind, welche von der Sekundärseite der Dampferzeuger abgeblasen wird, und die durch einen der Zugangsschächte 232 mit dem Tiefbrunnen verbunden sind. Die Uberdruckventile, welche in die Rohrleitungen 131 eingeschaltet sind, die von den oberen Enden der Überflutungsbehälter 117 ausgehen, stehen ebenfalls mit den Zugangs schächten in Verbindung und dienen dazu, den primären Schutzbehälter gegen einen zu hohen Druck zu schützen0 Auch ein ueberdruck der Flüssigkeit in dem Ringraum zwischen dem ersten und dem zweiten Schutzbehälter kann durch eine Verbindung beseitigt werden, die über die Zugangsschächte zu dem Tiefbrunnen führt.
Gemäß Fig. 2 sind Zugangstunnel 329 an den oberen Enden der stehend angeordneten Zellen vorhanden, um die Sicherheits-und Überdruckventile zugänglich zu machen, welche oberhalb der zu schützenden Teile angeordnet sind. Die Tunnel 329 sind über dicht verschlossene Türen 330 und Treppen 331 (Fig. 4) leicht zugänglich. Gemäß Fig. 5 sind dicht verschlossene Durchbrüche 332 vorhanden, die sich von den genannten Tunneln aus nach unten zu den bestimmte Einrichtungen enthaltenden Räumen erstrecken. Die Tunnel 329 sind dadurch gegen einen zu hohen Druck geschützt, daß elüftungskanäle vorhanden sind, die zu dem Tiefbrunnen führen.
Das Reaktorgebäude kann mit sämtlichen inneren beton konstruktionen fertiggestellt werden, bevor die Teile der Reaktorkühlanlage an der Baustelle angeliefert werden. Zum Errichten der bewehrten zylindrischen Betonkonst:ruktionen im Inneren, die das Reaktorgebäude bilden, kann man Gleitschalungen benutzen. Zusätzlich zu den Öffnungen, die in sämtlichen Stockwerken zu dem Reaktorgebäude führen, um die betreffenden Einrichtungen für das Personal zugänglich zu machen, wird auch das Dach des Reaktorgebäudes mit Öffnungen versehen. Diese Dachöffnungen, die gemäß Figo 3 mit Verschlüssen 333 versehen sind, sind dem Reaktorgefäß, den vier Dampferzeugern, den vier Nachfüllbehältern, den vier Überflutungsbehältern und den beiden den Tiefbrunnen zugänglich machenden Schäften zugeordnet. Das Reaktorgebäude und das Dach sind so ausgebildet, daß es möglich ist, einen Kran unterzubringen, der dazu dient, die Teile der Reaktorkühlanlage einzubauen und erforderlichenfalls schadhafte Teile zu entfernen und zu erneuern.
Die Schutzzellen werden aus fabrikmäßig nach bestimmten RastermaBen hergestellten Stahlmänteln aufgebaut. Die Verbindungen zwischen den verschiedenen Zellen werden auf der baustelle durch Verschweißen so hergestellt, daß ein zusammenhängender erster Schutzbehälter entsteht, der in einen zweiten Schutzbehälter eingeschlossen ist. Die tellerförmigen Kopf stücke an den oberen Enden der stehend angeordneten Mäntel aus Stahl im Bereich der Schutz zellen und der Dachverschlüsse werden auf der Baustelle verschweißt, nachdem die zeile der keaktorkühlanlage eingebaut worden sind. Schadhafte Teile können auch ausgebaut werden, wenn man die betreffenden LDachverschlüsse durch Abschneiden der tellerförmigen Köpfe öffnet, Nach dem Erneuern des betreffenden teils wird der tellerförmige Xopf wieder eingeschweißt und~geprüft.
An jeder Dachöffnung wird ein mit Stahl ummantelter Verschluß aus bewehrtem Beton eingebaut. Die zueinander passenden Flansche der serschlüsse sind zur Abdichtung mit O-Ringen sowie mit Einrichtungen zum Aufbringen eines Drucks sowie zum Nachweisen von Undichtigkeiten versehen. Die Verschlüsse werdenmit den dazu passenden Flanschen durch 5chrauben verbunden.
Die erfindungsgemäße passive Schutzvorrichtung ist so ausgebildet, daß die kritischen eile der Anlage auch bei Erdbeben und anderen Einwirkungen höherer gewalt erhalten bleiben. Es ist eine ausreichende festigkeit gewährleistet, damit die Anlage den auftretenden Trägheitskräften standhalten kann; zu diesem zweck wird bei den konzentrischen zylindrischen Fundamenten, welche die basis- und Dachplatten miteinander verbinden, sowie bei den Decken der verschiedenen Stockwerke bewehrter Beton bzw. Spannbeton auf eine solche Weise verwendet, daß eine monolithische Konstruktion entsteht.
Dze Stabilität der konstruktion wird außerdem durch die massive Betonkonstruktion gesteigert, welche die ellen der ersten Umschließung, die zweiten Umschließungen und die Wände der Räume zum beschicken des reaktors mit Brennstoff bilden. Die Festigkeit des bauwerks kann erforderlichenfalls dadurch noch erhöht werden, daß man zwischen den zylindrischen Wänden radiale Wände anordnet.
Bei der'passiven Schutzvorrichtung nach der Erfindung ist es praktisch nicht erforderlich, irgendwelche eile mit Quellen für für Notfälle bereitgehaltenes Wasser zu verbinden. Solche Verbindungen, von denen bei aktiven Schutzvorrichtungen in großem Umfang Gebrauch gemacht wird, wie es dem Stand der technik entspricht, sind bei Verwerfungen besonders gefährdet, wie sie bei starken hrdbeben auftreten. Die einzigen Verbindungen, die bei der erfindungsgemäßen passiven Schutzvorrichtung verwendet werden, sind die zu dem im Freien befindlichen Gewässer führenden iieitungen. jedoch brauchen diese Leitungen nach einem betriebsunfall in Form eines Eühlmittelverlustes während einer Zeitspanne von mehreren Stunden nicht betriebsfähig zu sein. Selbst dann, wenn bei einer der Speiseeinrichtungen ein Rohrbruch auftreten sollte, würde die thermische Umwälzung fortgesetzt, und der Rohrtunnel würde sich lediglich mit Wasser füllen, das dem im Freien befindlichen Gewässer entnommen worden ist.
Ferner ist die passive Schutzvorrichtung gegen Sabotage geschützt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die passiven Einrichtungen feste Destandteile der Gesamtkonstruktion bilden und während des normalen Betriebs nicht zugänglich sind, da in den primären Schutzbehälter ein hoher Unterdruck herrscht.
Die passive Schutzvorrichtung läßt sich so ausbilden, daß es möglich ist, das heaktorgebäude unterirdisch anzuordnen, es einzubetten, es auf Wasserfahrzeugen zu lagern oder es nach Art eines Eisbergs untergetaucht anzuordnen. In jedem Fall erhält die Anlage eine Profilform, die ein gefälligeres Aussehen zeigt als eine Schutzvorrichtung, die nahezu voll ständig über dem Erdboden angeordnet ist0 Fig. 8 zeigt eine typische Rohrleitungsanordnung für einen Reaktorgefäß-Nachfüllbehälter, wie er bei einem Druckwasserreaktor jeder der vier vorhandenen Schleifen zugeordnet ist. Jeder Behälter 114 zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes ist mit dem Reaktorgefäß 102 durch Reaktorkühlmittelleitungen 112 verbunden, in die ein oder mehrere Sicherheitseinspritzleitungen 132 eingeschaltet sind. Jede der Sicherheitseinspritzleitungen 132 ist mit zwei Rückschlagventilen 133 und einem fernsteuerbaren Ventil 134 ausgerüstet, die hintereinandergeschaltet sind. In den Wachfüllbehälter 114 sind ein oder mehrere Strahlinjektoren 135 so eingebaut, daß sie sich unter dem Flüssigkeitsspiegel befinden. Ver Diffusorteil jedes Strahlinjektors 135 ist am unteren Ende des betreffenden lmachfüllbehälters 114 angeordnet und an eine Sicherheitseinspritzleitung 132 angeschlossen0 Die Ansaugkammer jedes btrahlinjektors 135 ist in Richtung auf das behandelte wasser in dem Nachfüllbehälter offen, so daß sie durch das Wasser überflutet ist. Der Düsenteil jedes Strahlinjektors 135 ist an eine Verteilerleitung 136 angeschlossen, die in V Verbindung mit einer Dampfzuführungsleitung 137 steht, welche die Sekundärseite des Dampferzeugers 1o4 mit dem Wachfüllbehälter verbindet, damit den Strahlinjektoren das zu ihrem Betrieb erforderliche Druckmittel zugeführt werden kann. In der Dampfzufiihrungsleitung 137 sind eine Durchflußbegrenzungsdrossel 138, eine Zerreißscheibe 139 und ein fernsteuerbares Ventil 140 hintereinandergeschaltet. Anstelle der Zerreißscheibe 139 kann in die Dampfzuleitung 137 ein Sicherheitsüberdruckventil eingeschaltet sein.
Um den NachfüLlbehälter 114 gegen einen zu hohen Druck zu schützen, sind Überdruckventile 141 vorhanden, die über die kugangsschäfte 232 in Verbindung mit dem Tiefbrunnen 201 stehen. Eine nicht dargestellte, mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitende Pumpe geringer Leistung hält einen hydrostatischen Druck aufrecht, der auf das behandelte wasser in jedem Nachfüllbehälter 114 wirkt. Eine ebenfalls nicht dargestellte Kühleinrichtung mit Kühl schlangen dient dazu, das behandelte wasser in jedem Nachfüllbehälter auf einer tiefen Temperatur zu halten, Ferner ist gemäß Fig. 8 eine Dampfablaßleitung 142 vorhanden, die von der Sekundärseite des Dampferzeugers 104 zum unteren Teil des Nachfüllbehälters 114 führt, damit Dampf aus dem Vamp1:erzeuger abgeblasen werden kann. Die in die Dampfablaßleitungen 142 eingeschalteten Schnellablaßventile 143 werden durch die Reaktorsteuereinrichtung betätigt.
Die Überdruckventile 141 verhindern, daß der Nachfüllbehälter 114 einem zu hohen Innendruck ausgesetzt wird, und zwar bei jedem Dampfabblasevorgang, der dann auftritt, wenn eine Druckänderung durch eine abgestufte oder eine lineare Anderung der Last hervorgerufen wird.
Fig. 9 zeigt die Bohrleitungsanordnung für die Behälter 114 zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes 102 in Beziehung zu den Dampferzeugern 104 und den Reaktorkühlmittelleitungen 112 bei einem Druckwasserreaktor mit vier Kühlmittelschleifen. Es ist ersichtlich, daß die Rohrleitungen so angeordnet sind, daß jeder Dampferzeuger 104 mit einem Nachfüllbehälter 114 durch eine Dampfleitung 137 verbunden ist.
Ferner sind die Rohrleitungen so angeordnet, daß jeder Nachfüllbehälter 114 zu 4 mit den beiden Reaktorkühlmittelleitungen 112 über Sicherheitseinspritzleitungen 132 verbunden ist; zwei Nachfüllbehälter 114 sind an die vier zugehörigen Einlässe des Reaktorgefäßes 102 angeschlossen, und die beiden übrigen achfüllbehälter 114 sind mit den zugehörigen vier Auslässen des Reaktorbehälters 102 verbunden.
Die behälter 114 zum Nachfüllen des XeaktorgefäBes-1o2 bilden zusammen mit den Überflutungsbehältern 117 eine Einrichtung zum Speichern der gesamten Menge des radioaktiven Kühlmittels, das während der lebensdauer der Anlage von dem Reaktor abgegeben wird. Beim Betrieb eines kernreaktors ist unter anderem zu berücksichtigen, daß die Sonzealtration von Tritium im Reaktorkühlmittel ständig zunimmt. Bei Tritium handelt es sich um ein Isotop mit einer langen Halbwertzeit, das in dem Kühlmittel in erheblichen Mengen in der Hauptsache dadurch erzeugt wird, daß Neutronen mit löslichem Bor, Lithium 6 und Deuterium reagieren, sowie dadurch, daß eine Diffusion eines fleils des tritium stattfindet, das im kerns brennstoff durch eine ternäre Spaltung erzeugt wird. Wenn die Konzentration des fLritiums in dem Kühlmittel entsprechend der Betriebsdauer des Reaktors zunimmt, wird auch die Konzentration des tritium in der feuchten Luft, die über dem Raum 202 zum Einbringen von Kernbrennstoff und dem Raum 313 für verbrauchten Brennstoff während der Arbeiten zum Beschicken des Reaktors mit Brennstoff bei jedem solchen Arbeitsgang erhöht. Dies hat zur Folge, daß sich die Zeit verkürzt, während welcher das Personal der tritiunihaltigen Luft ausgesetzt werden darf, so daß es wichtig ist, daß das Reaktorkühlmittel verdünnt wird, um die Tritiumkonzentration herabzusetzen, bevor der Reaktor mit frischem Brennstoff beschickt wird. Die Behälter 114 zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes, die tiberflutungsbehälter 117 und der Tiefbrunnen 201 bieten innerhalb der Schutzvorrichtung genügend Lagerraum zum wiederholten Aufnehmen des gesamten tritiumhaltigen Wassers, das während der Lebensdauer der Anlage zu verarbeiten ist.
Somit ist eine sehr wirksame Abschirmung bei der Lagerung des tritiumhaltigen Wassers erforderlich, das außerdem einer chemischen Behandlung unterzogen wird, um bei einem Verlust an Kühlmittel verwendet werden zu können. Hierbei brauchen langlebige Spaltprodukte, die sich in der flüssigen Phase befinden, nicht an die Umgebung abgegeben zu werden.
Fig. 10 bis 13 veranschaulichen in graphischen Darstellungen das Änsprechverhalten von Reaktorschutzvorrichtungen und veranschaulichen die Vorteile der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Bei diesen graphischen i>arstellungen ist angenommen, daß der Rauminhalt der Reaktorkühlanlage etwa 337 m3 beträgt, daß sich in diesem Raum eine Kühlmittelmenge von etwa 240 000 kg befindet, und daß in dem Kühlmittel eine Wärmemenge von 77,1 x 106 kcal gespeichert ist. Eine zusätzliche Energiemenge von 25,95 x 106 kcal steht zur Abgabe an die Schutzvorrichtung innerhalb der ersten 5 min nach dem Eintreten eines Betriebsunfalls zur Verfügung, für den die Vorrichtung berechnet ist. Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schutzvorrichtung beim Eintreten eines Betriebsunfalls beschrieben; hieran schließt sich eine nähere Erläuterung der graphischen Uarstellungen an.
Das Ansprechverhalten der passiven Schutzvorrichtung nach der Erfindung auf einen Verlust an Kühlmit- el wird im folgenden bezüglich einer ersten Umschließung beschrieben, die für einen Gegendruck von etwa 6,9 bar absolut ausgelegt ist.
Als Beispiel ist ein Druckwasserreaktor mit vier Kühlmittelschleifen gewählt, dessen Leistung beim normalen getrieb 1000 MW beträgt. Die genannten, der Konstruktion zugrunde gelegten werte liegen in einem Bereich, der für das gewählte Kernkraftwerk typisch ist. Xhnliche zahlenmäßige Betrachtungen einer passiven Schutzvorrichtung lassen sich auch bei sämtlichen anderen Druckwasserreaktoren anstellen, bei denen zwei oder drei Kühlmittelschleifen vorhanden sind, sowie bei sämtlichen bauarten von Siedewasserreaktoren.
Bei der als beispiel gewählten Reaktoranlage nimmt das Kühlmittel Wärme auf, während es das Reaktorgefäß 102 durchströmt, das Kühlmittel gibt die aufgenommene Wärme zum Erzeugen von Dampf ab, während es die Dampferzeuger 104 durchströmt, und schließlich wird es durch die Kühlmittelpumpe 106 für das Reaktorkühlmittel erneut durch die genannten Teile umgewälzt. Die Druckerzeugungseinrichtung 108 hält das Reaktorkühlmittel auf einem Druck von etwa 145 bar absolut, um ein Sieden des Kühlmittels in der Reaktorkühlanlage zu unterdrücken. bei der chemischen Dehandlung und der Mengenregelung des Kühlmittels in der teaktoranlage wird der regenerative iillärmetauscher 110 als Vorwärmer benutzt, mittels dessen das eintretende Kühlmittel mit hilfe des austretenden Kühlmittels erwärmt wird. Diese heaktoranlage, deren eile durch die Rohrleitungen 112 miteinander verbunden sind, enthält etwa 240 000 kg des Kühlmittels, und in dem Kühlmittel ist bei einer gewogenen Durchschnittstemperatur von etwa 3020 C eine Energiemenge von etwa 77 x 106 ketal gespeichert.
Der primäre Schutzbehälter ist so ausgebildet, daß in ihm ein freier Kaum in der uröBenordnung von 2830 m3 vorhanden ist. Die in diesem Raum vorhandene Duft wird anfänglich mit Hilfe von Dampfinjektoren ausgetrieben, und in dem genannten Raum wird mit Hilfe der Vakuumpumpen, die an den Tiefbrunnen 201 angeschlossen sind, ein Gesamtdruck von weniger als 0,138 bar aufrechterhalten.
Die Überflutungsbehälter 11? innerhalb der ersten Umschließung enthalten insgesamt etwa 1,365 x 106 kcal Flüssigkeit, die durch Kühlung auf einer Temperatur von etwa 10° C gehalten werden. Bei einem Gesamtdruck von weniger als etwa 0,138 bar absolut wird ein gesamter Freibord aufrechterhalten, der bei den Überflutungstehältern etwas über 140 m3 liegt.
Jeder der Behälter zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes ist so bemessen, daß er etwa 136 000 kg behandeltes wasser aufnehmen kann, das auf einer Temperatur von etwa 100 C und unter einem hydrostatischen Druck von etwa 24 bar absolut gehalten wird. Die Sekundärseite jedes bampferzeugers enthält eine Flüssigkeitsmenge von etwa 45 450 kg, deren Energieinhalt etwa 12,6 x 106 kcal beträgt. Die Dampferzeuger werden beim Betrieb mit der Nennlast bei einem Druck im Bereich von etwa 62 bar absolut betrieben. Die Zerreißscheiben in den Dampfzuführungsleitungen sind so ausgebildet, daß sie jeweils dann aufgerissen werden, wenn der Druck in dem betreffenden Dampferzeuger auf der Sekundärseite um etwa 45 bar höher ist als der Druck in den Behältern zum Nachfüllen des ReaktorgefäBesO Sind anstelle der Zerreißscheiben Sicherheits-Uberdruckventile vorhanden, sind diese so ausgebildet, daß sie ebenfalls bei einem Druckunterschied von etwa 45 bar ansprechen und sich öffnen. Die chieberventile in den Sicherheitseinspritzleitungen und den Dampfzuführungsleitungen bleiben während des Leistungsbetriebs des Reaktors geöffnet.
Unter den genannten, der Konstruktion zugrunde liegenden Bedingungen halten die Zerreißscheiben oder die an ihrer Stelle verwendeten Sicherheits-Überdruckventile den Druck schwankungen stand, die bei einer stufenweisen oder linearen Änderung der Last auftreten, ohne daß ein Zerreißen bzw. Öffnen stattfindet. Der hydrostatische Druck von etwa 24 bar absolut, der in den Nachfüllbehältern herrscht, verhindert das Erreichen des Druckunterschiedes von etwa 45 bar, auf den die Zerreißscheiben bzw. die Sicherheits-Überdruckventile eingestellt sind, jedoch mit Ausnahme der Fälle, in denen ein Verlust an Kühlmittel eintritt, Die beschriebene Konstruktion basiert auf der Annahme, daß ein Verlust an Kühlmittel dadurch hervorgerufen wird, daß die die größten Abmessungen aufweisende Rohrleitung 112 der Reaktorkühlanlage bricht, Bei einem solchen Rohrbruch wird das Kühlmittel an den beiden offenen Enden des gebrochenen Rohrs ungehindert abgeblasen0 Hierbei wird der größte Teil des Kühlmittels innerhalb von weniger als 10 s abgeblasen.
Das Abblasen des Kühlmittels an der Rohrbruchstelle bewirkt, daß der freie Raum innerhalb des ersten Schutzbehälters unter Druck gesetzt wird. Beim Erreichen eines Drucks von etwa 3,45 bar absolut dürften die Zerreißscheiben 129 zerbersten, woraufhin Dampf in die Überflutungsbehälter 11? überströmt. Die durch die Zerreißscheiben 129 freilegbaren Öffnungen sind so ausgebildet, daß sie als Ejektordüsen zur Wirkung kommen, und sie sind in einem solchen Abstand von den Diffusorrohren 13i0 angeordnet, daß an den Enden der Rohre Ansaugkammern vorhanden sind, wobei die Rohre 130 selbst als Diffusoren zur Wirkung kommen, um den überströmenden Dampf zu kondensieren0 Der vorhandene Freibord von etwa 140 m3 ermöglicht es, daß eine bampSmenge von etwa 68 200 kg in die Überflutungsbehälter 117 überströmt. Die bei dem niedrigen Druck von weniger als 0,138 bar absolut nicht kondensierbaren Stoffe in dem primären Schutzbehälter werden von dem Dampf mitgerissen und ebenfalls in die bberflutungsbehälter 117 überführt.
Während die Überflutungsbehälter durch das überführte flud und die thermische Entspannung des vorhandenen Fludes gefüllt werden, bewirkt das sich weiterhin abspielende Abblasen des Kühlmittels, daß sich der Druck in der ersten Schutzumschließung weiter erhöht.
Sobald das anhaltende Abblasen aus der Reaktorkühlanlage zu einer Verringerung des Drucks des in der Kühl an lage noch vorhandenen Kühlmittels bis unterhalb eines wertes von etwa 24 bar absolut führt, werden die Rückschlagventile der Sicherheitseinspritzleitungen infolge des Druckunterschiedes automatisch geöffnet. Der hydrostatische Druck von etwa 24 bar absolut, der in den Behältern zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes herrscht, wird dadurch schnell verringert, daß behandeltes Rasser aus den Iiachfüllbehältern in den Reaktor eingespritzt wird0 Das Abblasen aus der Reaktoranlage über die Rohrbruchstelle bewirkt eine weitere Berabsetzung des drucks des noch vorhandenen Kühlmittels. Wenn der Druck im Reaktor bis unter einen Wert von etwa 17,25 bar absolut zurückgeht, verringert sich auch der Druck an den Strahlinjektoren in den Behältern zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes auf einen unter diesem Wert liegenden Wert. Infolgedessen entsteht an den Zerreißschei ben in den Danpfzuführungsleitungen ein Druckunterschied von etwa 45 bar absolut, so daß die Zerreißscheiben bersten.
Das bersten der Derreißscheiben bewirkt, daß Dampf von der Sekundärseite der Dampferzeuger zu den Strahlinjektoren strömt. Der durch die Injektordüsen strömende Dampf reißt behandeltes wasser aus den liachfüllbehältern mit; der Dampf und das Wasser werden innig miteinander vermischt, während sie die Diffusorteile durchströmen, so daß eine homogene Lösung entsteht, die sich aus behandeltem wasser und darin gelöstem Neutronengift zusammensetzt0 Die Öffnungen der Strömungsbegrenzungsdrosseln sind so bemessen, daß zur Regelung der Zufuhr von Dampf zu den Injektoren während des größten eils des Dampfabblasevorgangs die Schallgeschwindigkeit erreicht wird. Diese regelung des Dampfdurchsatzes der Injektordüsen gewährleistet den erforderlichen Wirkungsgrad des Linspritzens von behandeltem Wasser aus den Nachfüllbehältern in die Reaktoranlage.
Die weitere Herabsetzung des Drucks des noch im Reaktor vorhandenen Kühlmittels bewirkt weiterhin, daß der Gegendruck im freien Raum innerhalb der ersten Umschließung zunimmt. Sobald in der ersten Umschließung ein Gegendruck von etwa 6,9 bar absolut erreicht wird, wird das weitere Abblasen aus dem Reaktor durch einen Druckausgleich beendet.
Isach der Beendigung des Abblasens von Kühlmittel wird der betrieb der Strahlinjektoren, die für eine Fullgeschwindigkeit von etwa 150 mm/s ausgelegt sind, fortgesetzt, bis das Reaktorgefäß wieder gefüllt ist und überschüssige Flüssigkeit an der Rohrbruchstelle erscheint, Die Dampferzeuger bewirken auf ihrer Sekundärseite, daß für den Betrieb der Strahlinjektoren das benötigte Druckmittel zur Verfügung steht, bis der Druck auf der Sekundärseite der Dampferzeuger annähernd gleich dem in der Umschließung herrschenden gegendruck ist0 Nachdem der Druckausgleich hergestellt worden ist, enthalten die Nachfüllbehälter im noch eine kleine menge an behandeltem Wasser.
Alternativ können die anstelle der 'erreißscheiben vorhandenen Sicherheits-Überdruckventile dazu dienen, die enge des auf der Sekundärseite der Dampferzeuger verfügbaren Fludes für die Sicherheitseinspritzung zu begrenzen.
Die Zufuhr von Dampf zu den Injektoren wird fortgesetzt, bis das Flud auf der Sekundärseite der Dampferzeuger bis auf den Rückstelldruck herabgesetzt worden ist, auf den die Sicherheits-Überdruckventile eingestellt sind. Dieser ßückstelldruck ist so gewählt, daß den Injektoren eine ausreichende Dampfmenge zugeführt wird, um das Reaktorgefäß bei dem herabgesetzten Gegendruck in der Umschließung erneut zu füllen.
Die beendigung des Abblasens des Reaktorkühlmittels bewirkt auch die Beendigung des Überströmens von Dampf aus der Umschließung in die tberflutungsbehälter 11?. Das statische bruckgefälle der Flüssigkeit in diesen Behältern bewirkt, daß sich die Strömungsrichtung an den durch die Zerreißscheiben freigelegten Öffnungen umkehrt, sobald das Überströmen von Dampf beendet ist. Die Umschließung wird dadurch mit Flüssigkeit gefüllt, daß Flüssigkeit unter der Wirkung der Schwerkraft aus den Überflutungsbehältern austritt; hierbei geben die bberflutungsbehälter ein Flüssigkeitsvolumen ab, das nahezu gleich dem freien Volumen der ersten Umschließung ist. Auf diese Weise werden die Kühlmittelleitungen des Reaktors vollständig untergetaucht, so daß sie mit der Überflutungsflüssigkeit erneut gefüllt werden.
Nach dem Überfluten, und nachdem sich die 'i'emperaturen in der primären Umschließung und dem Reaktorgefäß annähernd ausgeglichen haben, beträgt die gewogene Durchschnittstemperatur der gesamten Flüssigkeitsmenge etwa 71° C. Diese Temperatur gibt die insgesamt in dem kühlmittel gespeicherte Energie von etwa 77 x 106 kcal und die auf der Sekundärseite der Dampferzeuger gespeicherte Energie von etwa 50 x 106 kcal zuzüglich einer Energiemenge von etwa 26 x 106 kcal wieder, wobei es sich um gespeicherte Energie handelt, die aus dem Kernbrennstoff, den inneren Konstruktionsteilen und den Bauteilen des reaktors stammt, sowie um die Lerfallswärmes die während der ersten 5 min nach dem betriebsunfall freigegeben wird. Bei etwa 71° C ist der Dampfdruck in der Reaktorkuhlanlage niedriger als die Summe des Drucks der Atmosphäre in der Umschließung und des statischen Gefälles der Blüssigkeit über der Rohrbruchstelle; daher kann Flüssigkeit in den Reaktor einströmen, um die Anlage erneut bis zur Standhöhe der tberflutungsflüssigkeit zu füllen.
Da bei einem Verlust an Kühlmittel der Kernbrennstoff ständig gekuhlt wird, und da die beschriebene Sicherheitseinspritzung stattfindet, durch welche das Reaktorgefäß innerhalb weniger ijinuten nach dem Rohrbruch wieder gefüllt wird, wird das Schmelzen des "ernbrennstoffs verhindert. Die enge der aus dem Brennstoff entweichenden Spaltprodukte wird auf diejenige zunge begrenzt, welche kurzzeitig freigegeben wird, wenn eine mechanische Verkleidung beschädigt wird. Hierdurch wird die Freigabe auf die Spaltprodukte beschränkt, die in den leeren Raum zwischen dem Brennstoff und der Verkreidung eingewandert sind. Die kurzzeitige Freigabe beschränkt sich auf wenige Prozent des in Form von Edelgasen und Jodverbindungen vorhandenen Brennstoffs. Diese freigegebene enge erweist sich als gering, wenn man sie mit den Mengen vergleicht, die nach dem bisherigen Stand der Technik als zulässig betrachtet werden.
Beim Auftreten eines Kühlmittelverlustes befindet sich der primäre Behälter nur während einer kurzen Leit von weniger als 5 min auf einem erhöhten Druck. Alle Stoffe, die aus dem ersten behälter entweichen, werden zum größten Teil durch die Flüssigkeit in dem zweiten Behälter zurückgehalten.
Alle Stoffe, die über die Durchbrüche der Behälter entweichen, bleiben in den sekundären Umschließungen eingeschlossen. Außerdem ist in dem primären behälter eine ausreichende Menge der Überflutungsflüssigkeit vorhanden, so daß im wesentlichen sämtliche Spaltprodukte gelöst werden können, die während einer kurzen Zeit aus dem Brennstoff entweichen.
Nach dem Überflzten hat die eine Temperatur von etwa c C aufweisende Flüssigkeit, die jetzt den ersten behälter überflutet, ein Wärmeaufnahmevermögen, das ausreicht, um die Zerfallswärme aufzunehmen, die während der ersten Stunde nach dem betriebsunfall erzeugt wird, ohne daß sich der Druck in dem ersten behälter über den truck der Atmosphäre hinaus erhöht. Während dieser eitspanne verringert sich die Rate, mit der Zerfallswärme erzeugt wird, erheblich. Die passive Wärmeübertragungseinrichtung ist so ausgebildet, daß sie die Zerfallswarme bei der Erzeugungsgeschwindigkeit überträgt, die nach dem Ablauf der ersten Stunde vorhanden ist, d.h. mit etwa 47,4 x 106 kcal/h. Dieses Erfordernis der Wärmeübertragung ist tatsächlich sogar noch geringer, wenn man die Wärmeübertragung an die Umgebung berücksichtigt, die während der ersten Stunde stattfindet. Die passiven Wärmeübertragungseinrichtungen, bei denen mit den Kopplungsfluden in dem Tiefbrunnen sowie in dem Ringraum des Behälters gearbeitet wird, sind entsprechend der Übertragungsgeschwindigkeit der Zerfallswärme für den Fall ausgelegt, daß sich die tfberflutungsflüssigkeit in dem primären Behälter maximal auf einer temperatur von etwa 930 C und das Gewässer im Freien maximal auf einer Temperatur von etwa 380 C befindet0 Unter diesen Bedingungen wird der Dampfdruck in Verbindung mit dem Druck der nicht kondensierbaren Stoffe in dem primären Behälter unter dem Atmosphärendruck gehalten, so daß ein Entweichen von Stoffen aus der Schutzvorrichtung nach dem Betriebsunfall verhindert wird.
In der gespeicherten Überflutungsflüssigkeit, der Flüssigkeit zum nachfüllen des Reaktorgefäßes und in der Flüssigkeit in dem Ringraum zwischen dem ersten und dem zweiten Schutzbehälter sind verschiedene Chemikalien gelöst, die als Neutronengifte, Sauerstoffgetter, Getter für Spaltprodukte sowie Mittel zum Herabsetzen des Gefrier- bzw. Brstarrungspunktes zur Wirkung kommen. Als Neutronengifte kommen z.B. Bor, Kadmium und Hafnium in Frage. Zusätzlich zu dem Betrieb des primären Behälters unter einem hohen Unterdruck sowie der Entgasung der Flüssigkeiten kann man als Sauerstoffgetter Zusatzstoffe verwenden, z.B. Hydrazin und Natriumsulfit. Als Getter für Spaltprodukte sind z.B. Natriumhydroxid und Matriumthiosulfat geeignet0 Um den Gefrier- oder Erstarrungspunkt herabzusetzen, kann man zahlreiche-miteinander verwandte Alkohole, z.B. Äthylenglycol, verwenden0 Diese chemischen Zusatzstoffe haben bei einem- Betriebsunfall eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Die Neutronen, gifte verhindern, daß der Xernbrennstoff bei den niedrigen Flüssigkeitstemperaturen nach dem Betriebsunfall 'tkritisch" wird.
Die Sauerstoffgetter dienen zum Beseitigen des auf radiolytischem Wege entstehenden Sauerstoffs, der nach dem Betriebsunfall als Folge einer ersetzung von asser entsteht, Durch die Beseitigung des Sauerst<nffs wird verhindert, daß sich eine explosionsfähige Konzentration mit auf radiolytischem Wege entstandenem Wasserstoff bildet0 Man kann den Flüssigkeiten eine ilenge des Aufnahmemittels beifügren, die ausreicht, um den gesamten Sauerstoff zu binden, der nach dem Betriebsunfall erzeugt wird, so daß praktisch die Abgabe von auf radiolytischem Wege freigesetztem Sauerstoff an die Atmosphäre in der Umschließung verhindert wird. Außerdem wird der Brennstoff auf einer Temperatur gehalten, die erheblich niedriger ist als die Temperatur für eine spontane Zündung eines Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches, so daß auch eine Wasserstöffverbrennung durch die Überflutung aller möglichen Zündungsquellen verhindert wird.
Die Uberflutungsflüssigkeit und die Flüssigkeit zum erneuten Füllen des Reaktorgefäßes können nahezu alle Spaltprodukte in gelöster Form aufnehmen. Außerdem können gelöste Chemikalien verwendet werden, die sich mit den Spaltprodukten verbinden, so daß stabile Verbindungen entstehen. Hierdurch erhält man eine zusätzliche Sicherheit dafür, daß nach dem betriebsunfall teine Spaltprodukte aus der Umschließung entweichen können0 Die Mittel zum Herabsetzen des Gefrier- oder Erstarrungspunktes ermöglichen es, die in der Schutzvorrichtung verwendeten Flüssigkeiten auf tiefen Temperaturen zu halten, ohne daß die Gefahr einer Erstarrung zu einem massiven Eis block besteht. Durch das Senken des Gefrierpunktes wird das Wärmeaufnahmevermögen der auf eine größere Dichte gebrachten Flüssigkeit erhöht, so daß sich nach dem Betriebsunfall in der Umschließung ein sogar noch niedrigerer Druck einstellt.
Die besonderen çerkmale der passiven Schutzvorrichtung nach der Erfindung und die Überlegenheit der Schutzvorrichtung gegenüber bekannten Reaktorschutzvorrichtungen werden im folgenden anhand der in Fig. 10 bis 13 wiedergegebenen graphischen Darstellungen näher erläutert.
Wenn man den für einen Betriebsunfall vorgesehenen höchsten Druck höher ansetzt, ergibt sich gemäß kig. 10 eine erhebliche Verkleinerung des freien Volumens, das in dem ersten Behälter zur Verfügung stehen muß. Wird der bei einem Betriebsunfall in der Umschließung zuzulassende Druck, d.h. der gegendruck in dem ersten Behälter, heraufgesetzt, ergibt sich gemäß Fig. 11 eine erhebliche Vergrößerung der Masse des Reaktorkühlmittels, die in der flüssigen Phase gehalten wird.
Wie erwähnt, soll durch die Erfindung eine Schutzvorrichtung geschaffen werden, die es mit Hilfe passiver Ein richtungen ermöglicht, eine ausreichende Kühlung zu bewirken, damit bei einem Verlust an Kühlmittel eine Überhitzung und gegebenenfalls das Schmelzen des Kernbrennstofts vermieden wird. Bei einer dem vollen Druck ausgesetzten, im Trocken betrieb arbeitenden Schutzvorrichtung benötigt man zu diesem Zweck einen übermäßig hohen Gegendruck.
Die Überführung von Dampf in die tberflutungsbehälter dient gemäß der Erfindung dazu, im Vergleich zu einer unter dem vollen Druck arbeitenden Vorrichtung eine Verringerung der beanspruchung zu erreichen. Das Überströmen von Dampf bietet im Vergleich zu der Energieübertragung bei mit Dampf arbeitenden Vorrichtungen bekannter Art den Vorteil, daß je Gewichtseinheit des Eühlmittels im Durchschnitt etwa eine doppelt so große Energiemenge transportiert werden kann. "ei der Verwendung von überströmendem Dampf bleibt in dem Reaktorgefäß bei der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung eine Kühlmittelmenge passiv zurück, die ausreicht, um eine Überhitzung des Brennstoffs zu verhindern0 Bei den bekannten Schutzvorrichtungen benötigt man aktive Kühlmitteleinspritzeinrichtungen, die dazu dienen, das Reaktorgefäß wieder mit Kühlmittel aufzufüllen. Wenn diese aktiven Einrichtungen versagen, kommt der Brennstoff innerhalb weniger Minutenrach dem Auftreten eines Rohrbruchs und eines Kühlmittelverlustes in einem erheblichen Ausmaß zum Schmelzen.
Vergleicht man Fig. 12 mit Fig. 10, erkennt man, daß man beim Überströmen von Dampf zu den Überflutungsbehältern mit einem erheblich geringeren uruckvolumen auskommt. Um das Kühlmittel im bereich des Brennstoffs zurückzuhalten, wird ein mäßiger gegendruck aufgebracht, damit ein übermäßiges Abblasen aus dem Reaktorgefäß verhindert wird. Außerdem ist das freie Volumen in der primären Umschließung begrenzt, so daß die Kühlmittelmasse, die in dem ersten behälter bei dem höchsten Druck bei einem etriebsunfall nicht übermäßig groß ist.
Bezüglich der Darstellung des Abblasens von Kühlmittel in Fig. 11 und 12 ist vorsichtshalber angenommen, daß in dem ersten Behälter das Verhältnis zwischen Flüssigkeit und Dampf das gleiche ist wie in dem Reaktorgefäß0 In der Praxis setzt sich jedoch der größte rleil des abgeblasenen ühlmittels aus einer flüssigen und einer dampfförmigen Phase zusammen, so daß im Reaktor eine größere Flüssigkeitsmenge zurückgehalten wird, als man es nach Fig. 11 und. 12 anzunehmen hätte. In Fig0 12 sind somit die Druck- und Volumenwerte, die erforderlich sind, wenn Kühlmittel in dem Reaktor zurückgehalten werden soll, vorsichtig angesetzt.
Bei der beschriebenen passiven Schutzvorrichtung befinden sich alle nicht benötigten Stoffe außerhalb des primären behälters, damit die Abmessungen des Behälters möglichst klein gehalten werden können, um die erforderliche Beziehung zwischen dem Druck und dem Volumen zu erreichen, bei der Kühlmittel im Fall eines Kühlmittelverlustes in der Nähe des Brennstoffs gehalten wird. Zu diesen Maßnahmen gehört das Absaugen von Luft zusätzlich zu der Verlagerung aller Hilfseinrichtungen und Tragkonstruktionen nach außen. Das Absaugen von Luft bis zur Erzeugung eines hohen Vakuums ermöglicht es, die Außenflächen der Reaktorkühlanlage mit einer Wärmeisolierung zu versehen. Alle diese Hilfseinrichtungen, z.B. die Einrichtung zum Abschrecken der l'rucksteigerungseinrichtung, die Einrichtungen zum Besprühen des Behälters, die Wasserleitungen, die Auslässe für heiße und kalte Fluide sowie die Kühleinrichtungen für den Behälter, zu denen Gebläse, Filter, Trockner, Kühlschlangen, Rohrleitungen, Eleggeräte und Segeleinrichtungen gehören, sind entweder außerhalb des primären Behälters angeordnet, oder es kann auf ihre enutzung verzichtet werden. Weitere Hilfseinrichtungen, z.B. der Reaktorbaukran, die Brennstoffbeschickungsbrücke und die Wagen der Einrichtung zum handhaben von Brennstoff sowie die Einrichtungen zum Bedienen des Reaktorgefäßes sind von der ersten Umschließung entfernt so angeordnet, daß sie zu hartungszwecken innerhalb des Reaktorgebäudes jederzeit zugänglich sind. AuBerhalb des ersten Behälters sind ferner die aus Passiv beton hergestellten Konstruktionen angeordnet, z.B. Innenwände, Lwischendecken, ragkonstruktionen für Geräte, beispielsweise für Teile der Reaktorkühlanlage, die biologischen Abschirmungen, die Ranzerungen zum Schutz gegen herumfliegende krümmer, die Wände des Raums zum eschicken des Reaktors mit Brennstoff, die Wände der kanäle für den Brennstofftransport usw. und auch die Offnungen von großem Durchmesser zum Auswechseln von Einrichtungsteilen befinden sich außerhalb der ersten Umschließung. Die soeben genannten Einrichtungen sind bei den bis jetzt bekannten Schutzvorrichtungen für Druckwasserreaktoren gewöhnlich im Inneren der Schutzvorrichtung angeordnet. Die Anordnung dieser zeile außerhalb des primären Behälters bildet ein weiteres merkmal der erfindungsgemäßen passiven Schutzvorrichtung.
Dadurch, daß die genannten Binrichtungen außerhalb des primären Behälters angeordnet sind, ist es möglich, den Rauminhalt des Inneren der Schutzvorrichtung so weit zu verkleinern, daß man bei der passiven Schutzvorrichtung Bestandteile der primären Umschließung bildende Zellen von kleinem Durchmesser miteinander verbinden kann. Die Zellendurchmesser sind im Vergleich zu den entsprechenden Durchmessern bei bekannten Schutzvorrichtungen für Druckwasserreaktoren auf etwa ein Fünftel bis etwa ein Zehntel vereiinerte bei einer solchen Verkleinerung der Zylinderdurchmesser bei der Schutzvorrichtung auf ein Fünftel oder weniger ist es möglich, den bei einem Jetriebsunfall zulässigen Höchstdruck um das 5-fache oder mehr zu erhöhen, ohne daß es bei gleichen Werkstoffen erforderlich ist, die Wandstärke der Schutzvorrichtung zu vergrößern.
Die Einsparungen, die sich bei der Anwendung der Erfindung bei einer passiven Schutzvorrichtung erzielen lassen, werden ohne weiteres ersichtlich, wenn man die freien Räume innerhalb der Schutzvorrichtungen bekannter Art für Kernkraftwerke, die im gleichen Leistungsbereich arbeiten, mit dem freien Raum vergleicht, der bei einer passiven Schutzvorrichtung nach der Erfindung benötigt wird. Die erte des Raumbedarfs sind im folgenden für verschiedene Konstruktionen zusammengestellt.
Voller Druck (rockenbetrieb) 73 900 m3 Beseitigung von Dampf mit Hilfe von 34 000 m3 Eis Beseitigung des Dampfes mit Hilfe 3 von Wasser 7 870 m3 Passive Schutzvorrichtung (Gegendruck 6,9 bar absolut) 2 830 m3 Diese erhebliche Zerringerung der Abmessungen der Schutzvorrichtung führt zu einer wesentlichen Erleichterung der Konstruktion einer passiven Schutzvorrichtung. Das in die erste Umschließung eingeschlossene kleine Luftvolumen läßt sich mit Hilfe der Dampfinjektoren leicht innerhalb von 2 Stunden austreiben. Zu diesem zweck kann man Dampf von niedrigem Druck verwenden. Ein hohes Vakuum von weniger als etwa 0,138 bar absolut läßt sich leicht mit Hilfe einer Vakuumpumpe aufrechterhalten, deren Förderleistung etwa 57 1/min beträgt; die Leckverluste, die durch eine solche Pumpe ausgeglichen werden können, sind höher als der gegenwärtig gebräuchliche Bereich von 0,1 bis 0,5 je Tag. Die Förderseite der Vakuumpumpe steht in Verbindung mit dem Tiefbrunnen. Ferner läßt sich der erste Behälter zur Durchführung von WartVngsarbeiten leicht dadurch ventilieren, daß man Rohrstutzen benutzt, um die Ventilationsanlage des Reaktorgebäudes an die Vakuumleitungen anzuschließen, die aus dem ersten Behälter herausgeführt sind.
Das Vorhandensein eines kleinen abgeschlossenen freien Raums in dem ersten behälter macht es leichter, das flüssige Kühlmittel in der Reaktoranlage zurückzuhalten. Verringert sich der eingeschlossene freie raum, läßt sich in dem ersten behälter nur eine entsprechend kleinere idienge des Kühlmittels unterbringen, und hierdurch vergrößert sich die ibenge des Kühlmittels, die in dem Reaktor zurückgehalten wird. Erhöht man den in dem Behälter herrschenden Gegendruck, vergrößert sich auch diejenige enge des Kühlmittels, die in flüssiger Form vorhanden ist; dies gilt sowohl für den Reaktor als auch den ersten Behälter, bei dem der Rauminhalt unveränderlich ist. Da vorgesehen ist, daß während des Abblasens von Kühlmittel bei einem striebsunfall Dampf in die Lberflutungsbehälter überströmt, besteht ein größerer Spielraum bezüglich der Festlegung der Behältergröße und des Gegendrucks0 Durch das Uberströmen von Dampf in die b.terflutungsbehälter wird ferner die Enthalpie des zurückbleibenden Kühlmittels verringertO Eine solche Xerringerung der Enthalpie führt dazu, daß ein größerer eil des Kühlmittels bei dem eingestellten Gegendruck in flüssiger Form erhalten bleibt, als es bei einer größeren Enthalpie der Fall sein würde. Auch diese grundsätzlichen Tatsachen führen zu einer Vergrößerung des Spielraums beim Entwurf der Schutzvorrichtung, und sie gestatten eine Optimierung der Überführung von Dampf, des freien Raums innerhalb des Behälters und des Gegendrucks derart, daß der Kernbrennstoff auch dann ständig wirksam gekühlt wird, wenn ein Verlust an Kühlmittel eintritt. Diese konstruktiven Gesichtspunkte liegen der graphischen Darstellung in Fig. 12 zugrunde.
Zu den weiteren Gesichtspunkten, die für die Festle gung des freien Raums in dem Behälter und des konstruktiv vorgesehenen drucks maßgebend sind, gehören die Zugänglichkeit zur Durchführung von Untersuchungs- und Wartungsarbeiten bei abgestelltem Reaktor, die für das Abblasen von Kühlmittel erforderlichen Durchtrittsquerschnitte sowie das Uberflutender Schutzvorrichtung mit tberflutungsflüssigkeit derart, daß die Seaktorkühlanlage auf passivem Wege erneut mit Kühlmittel gefüllt wira. Bei der Bemessung des primären Schutzbehälters kann es erwünscht sein, mehr Raum für rüf- und ivartungsarbeiten vorzusehen, als es sich mit der Forderung vereinbaren läßt, daß der wernbrennstoff vom Kühlmittel überflutet gehalten werden soll. bei einem Behälter von größeren Abmessungen kann sich die abgeblasene Kühlmittelmenge als unzureichend erweisen. Gemäß der Erfindung werden passive Sicherheitseinspritzeinrichtungen innerhalb des ersten behälters benutzt, um Ergänzungsflüssigkeit direkt in den Reaktor einzuspritzen.
Ferner kann es erwünscht sein, den ersten Behälter für einen Druck auszulegen, der niedriger ist, als es der ntwurf zuläßt, um zu gewährleisten, daß der Brennstoff von flüssigem Kühlmittel überflutet bleibt. Gemäß der Erfindung wird die Einrichtung zum erneuten Füllen des Reaktorgefäßes auch dazu benutzt, die Menge des Kühlmittels zu vergrößern, die bei dem niedrigeren Gegendruck verfügbar gehalten wird, um den Brennstoff vollständig untergetaucht zu halten0 Die behandelte Flüssigkeit in den Behältern zum erneuten Füllen des Reaktorgefäßes wird mit Hilfe eines in einem Überschuß vorhandenen chemischen Entlüftungsmittels entgast, das sich in lösung befindet und dazu dient, beim Gebrauch der Überflutungsflüssigkeit den auf radiolytischem Wege entstandenen Sauerstoff zu beseitigen. Hierin besteht eine entscheidende Verbesserung gegenüber dem bisherigen Stand der 'leicht nik, gemäß welchem zum Einspritzen von Flüssigkeit ein inertes Gas verwendet wird. Eine Flüssigkeit, die mittels eines inerten Gases unter Druck gesetzt wird, sättigt sich mit dem Gas. Während eines Einspritzvorgangs zur Erzielung einer Schutzwirkung findet eine Entgasung statt, durch die der Vorgang des erneuten Füllens des Reaktorgefäßes beeinträchtigt wird, insbesondere dadurch, daß die Dichte der Flüssigkeit im Bereich der zum Reaktorgefäß führenden Falleitung verändert.
Die Verwendung der behandelten Flüssigkeit unter dem hydrostatischen Druck in den Nachfüllbehältern bietet einen weiteren Vorteil. Der hydrostatische Druck in den lMachfüllbehältern und der Berstdruck der Zerreißscheiben in den Dampfleitungen, die an die Sekundärseite der Dampferzeuger angeschlossen sind, können bei den verschiedenen lMachfullTehältern variieren, so daß sich ein besseres Nachfüllen des Reaktorgefäßes erzielen läßt. Auch dieses merkmal stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem bisherigen Stand der £echnik dar, gemäß welchem ein inertes Was zum passiven Einspritzen von Flüssigkeit in das Reaktorgefäß benutzt wird.
Jede Änderung des Einspritzdrucks oder des Druckverlustes in den zum Reaktorgefäß führenden Rohrleitungen führt zu Änderungen der Einspritzgeschwindigkeit und der Dauer des Einspritzvorgangs. Jede Änderung der Einspritzzeit führt weiterhin zu einer nachteiligen Beeinflussung der Flüssigkeitsdichte bzw. des statischen Druckgefälles in der zum Reaktorgefäß führenden Falleitung, während sich die verschiedenen Akkumulatoren entleeren und die in jedem Behälter über der Blüssigkeit vorhandene Gasblase die Falleitung zum Reaktorgefäß passiert.
Die erfindungsgemäße passive Schutzvorrichtung bietet den geforderten Schutz, der es ermöglicht, eine unzulässige Steigerung der Temperatur des Kernbrennstofis bei einem Verlust an Kühlmittel zu verhindern0 Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Schutzvorrichtung so arbeitet, daß in ihr ein Gegendruck aufrechterhalten wird, der genügend hoch ist, um das Abblasen des Kühlmittels unter bedingungen zu beenden, unter denen im Bereich des Brennstoffs eine Kühlmittelmenge verbleibt, die für eine wirksame Wärmeübertragung ausreicht.
Ein schnelles passives Einspritzen von behandelter Flüssigkeit erfolgt über sämtliche zum Reaktorgefäß führende Düsen mit Ausnahme der gebrochenen Rohrleitung, um das Reaktorgefäß zu füllen, so daß die Abfuhr von Wärme nicht unterbrochen wird. Passive Wärmeübertragungskreise dienen nach dem Eintreten eines betriebsunfalls dazu, die Zerfallswärme zu beseitigen. Die Optimierung des konstruktiv vorzusehenden Gegendrucks bildet einen bestandteil des dem Kernkraftwerk zugrunde liegenden Entwurfs.
Bei den bis jetzt bekannten ochutzvorrichtungen, bei denen aktive Sicherungseinrichtungen vorhanden sind, treten die nachstehend aufgeführten Erscheinungen auf, die darauf zurückzuführen sind, daß der nernbrennstoff während einer längeren zeitspanne einem übermäßig hohen 'iemperaturanstieg ausgesetzt ist: 1. Versprödung der Auskleidung aus einer Zirkonlegierung; 2. Aufquellen des Brennstoffs als Ursache für Leitungen verstopfungen; 3. Schmelzen von hartgelöteten Verbindungen und Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt, z.B. Silber-Indium-Kadmium; 4. Aufquellen von Elementen aus Borkarbid; 5. Exothermische Reaktionen zwischen Ii,etallen und Wasser oder Dampf; 6. Verbrennen des ilasserstoffs, der bei Reaktionen zwischen Metallen und Wasser frei wird; Reaktionen zwischen Uranoxid und der Zirkoniumlegierung; 8. Schmelzen des ernbrennstoffs unter Freisetzung großer engen an Spaltprodukten; und 9. Absacken von geschmolzenem Kernbrennstoff.
Die passive Schutzvorrichtung bietet einen schutz gegen sich bei dem Reaktor mit hoher Geschwindigkeit abspielende Vorgänge, die zu einer plötzlichen Drucksteigerung führen, welcher die zahlreichen bberdruck- und Sicherheitsventile der Drucksteigerungseinrichtung nicht gewachsen sind. Ein solcher Vorgang kann seine Ursache in Störungen bekannter Art haben, die ein automatisches Abstellen des Reaktors unmöglich machen. Diese Schutzwirkung wird durch Zerreißscheiben geboten, die in begehbaren Kanälen im Bereich der einlässe der Dampferzeuger angeordnet sind0 Diese Zerreißscheiben sind so konstruiert, daß sie bei einem bestimmten Druck bersten, der um 10% höher liegt als der durch die für sernkraftwerke durch die einschlägigen Vorschriften festgelegte höchstzulässige betriebsdruck der Sicherheitsventile0 Beispielsweise führt ein bruckstoß, der den höchstzulässigen Detriebsdruck der zeaktorkühlanlage um 15 bis 20% überschreitet, zum Bersten der Zerreißscheiben in den begehbaren Kanälen. Dieser Vorgang führt zu einem sich auf geregelte Weise abspielegenden Kühlmittelverlust in denjenigen Teilen der Reaktoranlage, bei denen dies am wenigsten zu Störungen Anlaß gibt. Der Reaktor wird durch Dampf aufnehmende bäume im Bereich der ueaktionszone geschützt, und er wird vollständig durch die das eutronengift enthaltende Flüssigkeit abgestellt, die in das Reaktorgefäß aus den Nachfüllbehältern eingespritzt wird. Die übrigen eile der passiven Schutzvorrichtung kommen während der gesamten Dauer der Betriebsstörung in der gleichen Weise zur Wirkung wie bei einem Verlust an Kühlmittel.
Es ist möglich, zu Versuchszwecken einen Rohrbruch nachzuahmen, um die Wirksamkeit der passiven Schutzvorrichtung nachzuweisen. Zu diesem Zweck wird eine Zerreißscheibe, die so bemessen ist, daß sie es ermöglicht, einen Rohrbruch im gewünschten Ausmaß nachzuahmen, in einen begehbaren Kanal eines Dampferzeugers eingebaut. Die Zerreißscheibe ist so ausgebildet, daß sie bei einem Druck aufgerissen wird, der den normalen Betriebsdruck des Reaktorkühlmittels überschreitet, jedoch niedriger ist als der Druck, auf den die Überdruck- und Sicherheitsventile normalerweise eingestellt sind. Während sich der Reaktor in Betrieb befindet, dient das Aufreißen einer Zerreißscheibe an einem Einlaßkanal zum nachahmen eines Kühlmittelverlustes in einem heißen Bereich (holt leg?1), während das gersten einer Zerreißscheibe in einem Auslaßkanal dazu dient, einen Kühlmittelverlust in einem kalten Bereich ("cold leg") nachzuahmen.
Die passive Schutzvorrichtung nach der Erfindung bietet auch einen Schutz gegen andere Arten von Betriebsunfällen, die nach dem heutigen Stand der Technik bei der Konstruktion von Schutzvorrichtungen zu berücksichtigen sind0 Hierbei handelt es sich erstens um Betriebsstörungen, die im Bereich der Reaktorkühlanlage zu einem zu hohen Druck führen. Hierzu gehören ein unkontrölliertos Zurückziehen der Regelstabbaugruppe, ein plötzliches Fressen des Läufers einer Reaktorkuhlmittelpumpe, das zum Ausfallen dieser Pumpe führt, ein Verschwinden der äußeren Last und dergleichen.
Kraftbetätigte Druckentlastungsventile, die der Drucksteigeruiigseinrichtung zugeordnet sind, ermöglichen es, ein Abblasen zu dem Tiefbrunnen zum bweck einer Drucksenkung herbeizuführen. Die durch den Tiefbrunnen gebildete Wärmesenke ist so bemessen, daß ihr Wärmeaufnahmevermögen für die angenommenen Betriebsunfälle ausreicht.
Zweitens gehören hierzu Betriebsstörungen, die auf der Sekundärseite der Dampferzeuger kurzzeitig zu einer übermäßigen Drucksteigerung führen können. Hierzu gehören der Verlust der äußeren Last, der bruch eines Dampferzeugerrohrs, der Bruch einer Dampfleitung und dergleichen. Dampf schnellablaßventile ermöglichen es, den zu hohen Druck durch Abblasen zu dem Tiefbrunnen, zu den Behältern zum erneuten Füllen des Reaktorgefäßes sowie zum Turbinenkondensator zu beseitigen. Das Abblasen von Dampf in die Umgebung, bei dem möglicherweise radioaktive Stoffe freigegeben werden, ist ebenso wenig erforderlich wie bei den bis jetzt gebräuchlichen Konstruktionen.
Die passive Schutzvorrichtung bietet einen vollständigen Schutz bei allen Arten von Rohrbrüchen, bei denen die Nachfüll-leistung der Füllpumpen überschritten wird, die zu den Einrichtungen zum Handhaben von Chemikalien und zur Volumen regelung gehören. Ferner bietet die passive Schutzvorrichtung einen Schutz bei Undichtigkeiten, die sich im Laufe der Deit verändern, und bei denen es sich z.B. um einen Haarriß handelt, durch den zunächst nur kleine Flüssigkeitsmengen entweichen, der sich jedoch möglichbrweise schnell zu einem vollständigen Rohrbruch auswächstO Zu dem primären Behälter gehören Einrichtungen, die es ermöglichen, das Auftreten eines Verlustes an Kühlmittel sowie die frage. der Leckstelle schnell nachzuweisen, bevor sich die Bruchstelle vergrößern kann0 Diese Einrichtungen dienen unter anderem dazu, das aus der Umschließung abgesaugte Flud am Einlaß der Vakuumpumpe zu kondensieren und zu filtrieren. Das abgesaugte Fluid wird auf das Vorhandensein von Radioaktivität sowie von mitgeführter Flüssigkeit überwacht; hierbei wird ein Verfahren angewendet, bei dem mit einer Elektrode bzw. Zündkerze gearbeitet wird.
Das Kühlmittel entweicht in Form von Dampf, und der größere Teil dieses Dampfes wird durch die kalte Wand kondensiert, die durch das Kühlwasser im Ringraum der Umschließung gebildet wird. Das Kondensat strömt zu einem von mehreren an tiefliegenden Punkten angeordneten Abläufen, mit denen die Dampferzeugerzellen, die obere und die untere Kammer der Zelle für das Reaktorgefäß und die unteren und oberen Kammern der Pumpenzellen versehen sind. An jeder Ablaufstelle befinden sich Elektroden zum Nachweisen von Undichtigkeiten.
Eine ständige Überwachung der Schutzvorrichtung auf Undichtigkeiten wird durch den ringförmigen Wasserraum zwischen dem ersten und dem zweiten Schutzbehälter ermöglicht, ferner durch die Ygasserabdichtungen an den aus der Schutzvorrichtung herausgeführten Rohrleitungen sowie dadurch, daß die verschiedenen b=rchbrüche der Schutzvorrichtung mit einem inerten Druckgas beaufschlagt sind. Jedes Entweichen von Kühlmittel in den freien Raum innerhalb des ersten Behälters wird durch die Einrichtungen nachgewiesen, die zum Nachweisen von Verlusten an Reaktorkühlmittel vorhanden sind.
Das bevorstehende Auftreten eines Schadens an der Reaktorkühlanlage läßt sich leichter feststellen, wenn die Außenflächen der Teile der Kühlanlage nicht mit einer Wärmeisolierung versehen sind. Wenn der Reaktor abgestellt ist, lasten sich diese Außenflächen daher schnell überprüfena Da keine Wärmeisolierung vorhanden ist, ist es ferner möglich, während des Reaktorbetriebs eine hernüberwachung mit Hilfe von Hernsehkameras, Boroskopen und dergleichen durchzuführen.
Es ist zu bemerken, daß das Vorhandensein eines kleinen, nach außen abgeschlossenen freien Raums in dem ersten Schutzbehälter das Uberfluten des Reaktors dadurch erleichtert, daß es möglich ist, den ersten Schutzbehälter vollständig zu füllen, wobei Gewähr dafür besteht, daß die Reaktorkühlanlage erneut vollständig gefüllt wird. Va die Reaktorkühlanlage keine Xärmeisolierung aufweist, bilden die aus Metall bestehenden Wände wirksame Wärmeleitungswege zum übertragen der gespeicherten Energie, die nach dem Abblasen noch im Reaktor vorhanden ist, und außerdem läßt sich hierbei die Wärme beseitigen, die beim Abstellen des Reaktors durch Gammastrahlung erzeugt wird. Die gewählte Anordnung der Überflutungsbehälter ermöglicht es, eine ausreichende Flüssigkeitsmenge bereitzuhalten und die Flüssigkeit auf einer niedrigen Temperatur zu halten, so daß die ;0berflutungsClüssigkeit ein ausreichendes Wärmeaufnahmevermögen besitzt und es gemäß Fig. 12 ermöglicht, in dem ersten Schutzbehälter ein hohes Vakuum bzw. einen niedrigen Dampfdruck wieder herzustellen. Diese Tatsache steht in Gegensatz zu den bis jetzt bekannten Schutzvorrichtungen, bei denen innerhalb der Schutzvorrichtung nach einem betriebsunfall mehrere zarge lang ein erhöhter Druck aufrechterhalten wird0 Das Vorhandensein eines kleinen, nach außen abgeschlossenen Raums in dem ersten Schutzbehälter führt zu einer Steigerung der betriebssicherheit der passiven Schutzvorrichtung, bei welcher die Verbrennung von auf radiolytischem Wege freigesetztem Wasserstoff verhindert wird. Dieser Wasserstoff entsteht durch die Zersetzung von Wasser durch die im Reaktorgefäß vorhandene Gammastrahlung von hoher Intensität. Das Verbrennung des wfasserstoffs wird durch die Beseitigung des Sauerstoffs verhindert; der kleine erste Schutzbehälter wird durch Abpumpen von Luft auf einen hohen Unterdruck gebracht, so daß nur Spuren von Sauerstoff zurückbleiben; die Konzentrat ion des Sauerstoffs, der in der Uberflutungs- und Nachfüllflüssigkeit gelöst ist, wird durch eine mechanischeEntlüftung sowie durch eine chemische Entlüftung unschädlich gemacht, da hierdurch auch die letzten Spuren von gelöstem Sauerstoff beseitigt werden; außerdem wird der Uberflutungsflüssigkeit eine Menge des chemischen Entlüftungsmittels beigefügt, die ausreicht, um die Überflutungsflüssigkeit vollständig von dem auf radiolytischem Wege freigesetzten Sauerstoff zu befreien; beispielsweise ist zu diesem Zweck inatriumsulfit in einer Menge von 400 ppm vorhanden. Ferner unterbindet die niedrige Temperatur des Kühlmittels nach dem Überfluten, das Sieden des Kühlmittels, und das Abstreifen des auf radiolytischem Wege freigesetzten Sauerstoffs und des Wasserstoffs wird verhindert, um das Auftreten einer entgegengesetzten Reaktion zu fördern, bei der die radiolytisch erzeugten Gase wieder gebunden werden weiterhin bewirkt die niedrige temperatur, daß der radiolytisch entstandene Wasserstoff unter seiner Entflammungstemperatur gehalten wird0 Die 'Öberflutungsflüssigkeit enthält chemische Zusåtzstoffe, um das Lösen der Spaltprodukte zu fördern, so daß Gewähr dafür besteht, daß sie zurückgehalten werden Eine alkalische Boratlösung, die Natriumthiosulfat enthält, bewirkt, daß Jodverbindungen zurückgehalten werden. Ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung von Alkalien besteht darin, daß sie den pH-Wert so einstellen, daß die Korrosion eingeschränkt wird.
Die alkalische Boratlösung kommt außerdem als Neutronengift zur Wirkung. Es steht eine ausreichende Bormenge zur Verfügung, so daß nach dem Überfluten und dem erneuten Füllen der Reaktorkühlanlage die Borkonzentration in der gesamten Flüssigkeitsfüllung des primären Schutzbehälters und des Reaktors über 2000 ppm liegt. Bei dieser relativ niedrigen Borkonzentration besteht keine Kristallisationsgefahr.
Die Erfindung läßt sich bei Kernreaktoren anwenden, bei denen mit Leicht oder Schwerwasser, flüssigem Metall und/ oder geschmolzenen Salzen gearbeitet wird. Da bezüglich von Leichtwasser-Erüterreaktoren größere Erfahrungen zur Verfügung stehen, und da es sich als notwendig erwiesen hat, derartige Kraftwerke in der Nähe von Städten zu errichten, besteht ein wichtiges Merkmal der Erfindung darin, daß sie es ermöglicht, solche Anlagen auf wirtschaftliche Weise zu erstellen und sie in der gewünschten Weise bei Städten innerhalb eines Radius von etwa 15 km zu errichten. Derartige unterirdisch oder unter Wasser angeordnete Xeichtwasser-Brüterreaktoren lassen sich unter Anwendung der Erfindung unschwer erstellen, Gemäß der erfindung wird insbesondere darauf geachtet, das Entweichen radioaktiver Stoffe zu verhindern. Durch die neuartige Anwendung eines hohen Vakuums gemäß der. Erfindung ist es nunmehr möglich, einen Reaktor sowohl während des normalen betriebs als auch während eines Kühlmittelverlustes zu schützen und insbesondere nach einem Betriebsunfall die entstehende Wärme zu beseitigen0 Die Erfindung ermöglicht es, Kernreaktoren auf besonders zweckmäßige Weise auszubilden, da der freie Raum, der innerhalb der Vorrichtung zwischen den inneren und äußeren Kammern benötigt wird, sehr klein ist, was aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sehr erwünscht ist.
Gleichzeitig gewährt die Vorrichtung nach der Erfindung den erforderlichen biologischen Schutz.
Gemäß der vorstehenden Deschreibung ist die Erfindung von umfassender Bedeutung; im Rahmen der Erfindung lassen sich verschiedene Abänderungen vorsehen, Beispielsweise kann man die Zellen des primären Schutzbehälters so ausbilden, daß ein durch Beton abgestützter primärer Behälter aus Stahl vorhanden ist; in diesem Fall ist es nicht erforderlich, einen zweiten Schutzbehälter und einen mit Wasser gefüllten Ringraum vorzusehen.
Durch die Entwicklung von wassergekühlten Motoren ist es möglich, die Anzahl der Kammern zu verringern, in denen zur Übertragung von Wärme eine gasförmige Atmosphäre vorhanden sein muß; dies gilt z.B. für die Motoren zum Antreiben der Reaktorkühlmittelpumpen.
Es ist möglich, sämtliche Dampferzeugerzellen in Kammern zu unterteilen, um den freien Raum in dem ersten Schutzbehälter weiter erheblich zu verkleinern; hierbei dient eine Membran aus Stahl, die mit abdichtender Wirkung mit der Rohrwand des Dampferzeugers und der Auskleidung der Zelle verschweißt wird, dazu, jede Dampferzeugerzelle in zwei Kammern zu unterteilen.
Man könnte den Tiefbrunnen so ausbilden, daß der zweite Satz von Wärmetauscheranordnungen nicht in dem Tiefbrunnen, sondern in einem im Freien befindlichen Eühlteich angeordnet ist0 Weiterhin ist es möglich, bei dem Tiefbrunnen auf die Verwendung einer zur Wärmeübertragung dienenden Kopplungs flüssigkeit und des zweiten satzes von Wärmetauscheranordnungen zu verzichten; bei einem Verlust an Kühlmittel wird dann fühlbare Wärme aus der Überflutungsflüssigkeit auf direktem Wege über den ersten Satz von Wärmetauscheranordnungen an das Wasser in dem Kühlteich abgegeben.
Schließlich ist es möglich1 bei den Überflutungsbehältern den Freibord dadurch erheblich zu verkleinern, daß man dafür sorgt, daß beim Auftreten eines zu hohen Drucks die von dem überströmenden Gas mitgeführt.en nicht kondensierbaren Stoffe über die Uberdruckventile der Überflutungsbehälter an den Tiefbrunnen abgegeben werden.
Ansprüche:

Claims

KNSPHUCKE 9 Schutzvorrichtung für eine Kernreaktor-Kraftwerksanlage mit einer Reaktorbaugruppe, zu der ein Kernbrennstoff enthaltender Reaktorkern gehört, mindestens einem Dampferzeuger, der über eine erste Verbindung mit der Reaktorbaugruppe verbunden und von einem Reaktorkühlmittel durchströmbar ist, das sich auf einer hohen riemperatur und einem hohen Druck befindet, wobei das Reaktorkühlmittel einen ersten Druck aufweist, der während des betriebs unter normalen Xedingungen im wesentlichen konstant ist, sowie mit einer Umschließungskonstruktion, welche mindestens den Reaktor und den bzw. jeden Dampferzeuger mit abdichtender Wirkung umschließt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schutzvorrichtung mindestens einen Behälter (114) für Kühlflüssigkeit aufweist, der allgemein im Inneren der Schutzumschließung (301) angeordnet ist, daß die Kühlflüssigkeit einem zweiten vorbestimmten Druck ausgesetzt ist, dessen Höhe unter den Bedingungen des normalen Betriebs geringer ist als der erste Druck, so daß ein erster vorbestimmter Druckunterschied vorhanden ist, daß. erste Rohrleitungen (132) vorhanden sind, welche die Kühlflüssigkeitsbehälter mit der Reaktorbaugruppe (102) verbinden, daß zweite Rohrleitungen (137) vorhanden sind, welche den bzw. jeden Dampferzeuger (104) mit dem zugehörigen Kühlflüssigkeitsbehälter verbinden, daß die ersten Rohrleitungen dazu dienen, der Reaktorbaugruppe einen Kühlflüssigkeitsstrom immer dann zuzuführen, wenn zufällig ein verlust an Reaktorkühlmittel eintritt, der zu einer Verringerung des genannten ersten Drucks führt, die ausreicht, um einen zweiten vorbestimmten Druckunterschied zwischen der Eühlflüssigkeit und dem Reaktorkühlmittel in der heaktorbaugruppe herbeizuführen, daß der zweite vorbestimmte Druckunterschied kleiner ist als der erste vorbestimmte Druckunterschied, daß die Kühlflüssigkeit hierbei dem Reaktorkern zugeführt wird, um den zufälligen Verlust an Reaktorkühlmittel auszugleichen, und daß die zweiten Rohrleitungen dann zur Wirkung kommen, wenn ein dritter vorbestimmt er Druckunterschied zwischen der Kühlflüssigkeit und dem Dampf in dem bzw. jedem Dampferzeuger erreicht wird, damit unter einem verhältnismäßig hohen Druck stehender Dampf dem bzw. jedem Kühlflüssigkeitsbehälter zugeführt wird, um auf die Kühlflüssigkeit eine Pumpkraft aufzubringen, damit derjenige 'weil der Reaktorbaugruppe, welche den Brennstoff des Reaktorkerns enthält, vollständig gefüllt wird.
2. Schutzvorrichtung nach Amspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Kühlflüssigkeit durch Pumpen (106) unter Druck gesetzt wird0
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß zu dem behälter für KühIflüssigkeit mindestens eine normalerweise geschlossene Behälterkonstruktion (114) gehört, welche die Kühlflüssigkeit enthält, und daß als Kühlflüssigkeit wasser verwendet wird, in den sich ein Neutronengift befindet.
4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das ljeutronengift in einer solchen Konzentration vorhanden ist, daß dann, wenn der bzw0 jeder Dampferzeuger (104) die Kühlflüssigkeit aus dem Behälter (114) verdrängt, um denjenigen eil der Reaktorbaugruppe (102), welcher den Brennstoff und den Reaktorkern enthält, vollständig zu füllen, die den genannten Teil des Reaktors füllende Kühlflüssigkeit die erforderliche bzw. ausreichende Konzentration an Neutronengift aufweist,
5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß bampfstrahl-Injektordüsen (135) vorhanden sind, die in betriebsmäßiger Verbindung mit dem bzw. jedem Kühlflüssigkeitsbehälter (114), den ersten Rohrleitungen (132) und den zweiten Rohrleitungen (137) stehen, so daß dann, wenn eine Verbindung über die zweiten Rohrleitungen hergestellt wird, das Hindurchströmen von Dampf durch diese Rohrleitungen und die Dampfstrahl-Injektordüsen bewirkt, daß Kühlflüssigkeit aus dem bzw. jedem Behälter ausströmt und durch die Dampfstrahl-Injektordüsen den ersten Rohrleitungen zugeführt wird.
6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß dritte Rohrleitungen (142) vorhanden sind, die Xerbindungen zwischen dem bzw. jedem Kühlflüssigkeitsbehälter (114) und dem zugehörigen Dampferzeuger (104) bilden, und daß diese dritten Rohrleitungen zur Wirkung kommen, sobald der Druck des Dampfes in dem bzw. jedem Dampferzeuger einen konstruktiv festgelegten vorbestimmten Höchstdruck überschreitet, damit der Dampf der Kühlflüssigkeit in dem bzw. jedem Behäkter zugeführt wird0
7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß auf Druckänderungen ansprechende Ventile (143) vorhanden sind, die Verbindungen über die dritten Rohrleitungen (142) herstellen, sobald der Dampfdruck den konstruktiv festgelegten, vorbestimmten Höchstdruck überschreitet, und daß diese auf Druckänderungen ansprechenden Ventile die Verbindung über die dritten Rohrleitungen geschlossen halten, solange der Dampfdruck den vorbestimmten Höchstdruck nicht überschreitet.
8. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß auf Druckänderungen ansprechende Einrichtungen (139) vorhanden sind, die das Strömen von Dampf von dem bzw. jedem Dampferzeuger (104) durch die zweiten Rohrleitungen (137) zu dem bzw. jedem Sühlflüssigkeitsbehälter (114) verhindern, bis dazwischen ein Druckunterschied erreicht wird, der gleich dem genannten dritten vorbestimmten Druckunterschied ist0
9. Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß zu den auf Druckänaerungen ansprechenden Einrichtungen Zerreißscheiben (139) gehören.
10. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß auf Xruckänderungen ansprechende Einrichtungen (139) vorhanden sind, die das Strömen von Dampf von dem bzw. jedem Dampferzeuger (104) durch die zweiten Rohrleitungen (137) zu dem bzw. jedem Eühlflüssigkeitsbehälter (114) verhindern, bis dazwischen einI)ruckunterschied erreicht wird, der gleich dem genannten dritten vorbestimmten Druckunterschied ist0
11. Schutzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß zu den auf Druckänderungen ansprechenden Einrichtungen Zerreißscheiben (139) gehören.
12. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß Einrichtungen (138) vorhanden sind, welche die maximale Durchsatzmenge bestimmen, mit welcher Dampf von dem bzw. jedem Dampferzeuger (104) aus durch die zweiten Rohrleitungen (137) zu dem bzw. jedem Kühlflüssigkeitsbehälter (114) strömt, und daß zu diesen Einrichtungen im Bereich der Schallgeschwindigkeit arbeitende, in die zweiten Rohrleitungen eingeschaltete Drosseln bzw. Düsen gehören.
13. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß Einrichtungen (138) vorhanden sind, welche die maximale Durchsatzgeschwindigkeit bestimmen, mit der Dampf von dem bzw. jedem Dampferzeuger (104) aus durch die zweiten Rohrleitungen (137) zu dem bzw. jedem Kühlflüssigkeitsbehälter (114) strömt, und daß zu diesen Einrichtungen im Bereich der Schallgeschwindigkeit arbeitende, in die zweiten Rohrleitungen eingeschaltete Drosseln bzw. Düsen gehören.
14. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Kühlflüssigkeit in dem bzw. jedem behälter (114) auf eine tiefe Temperatur gekühlt ist, jedoch immer noch im flüssigen Zustand verbleibt, damit sie geeignet ist, zusätzliche Energiemengen aufzunehmen, sobald sie in die Umgebung des genannten Teils der Reaktorbaugruppe (102) geleitet wird0
15. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Kühlflüssigkeit entlüftet ist, d.h. daß sie im wesentlichen vollständig von freiem Sauerstoff befreit ist, und daß hierdurch die Gefahr einer durch Sauerstoff unterstützten Wasserstoffexplosion für den Fall ausgeschaltet ist, daß die E(uhlflüssigkeit in den Bereich des genannten Teils der Reaktorbaugruppe (102) geleitet wird.
16. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß eine zweite Füllung aus einer zweiten Kühlflüssigkeit vorhanden ist, die sich allgemein im Inneren der Umschließungskonstruktion (301) befindet, daß dritte leitungen vorhanden sind, die geeignet sind, Verbindungen zwischen der zweiten Kühlflüssigkeit und dem Inneren der Umschließungskonstruktion herzustellen, daß auf Druckänderungen ansprechende Einrichtungen vorhanden sind, die mit diesen dritten Leitungen zusammenarbeiten, um normalerweise zu verhindern, daß die zweite Kühlflüssigkeit in das Innere der Umschließungskonstruktion einströmt, daß die auf Druckänderungen ansprechenden Einrichtungen geeignet sind, über die genannten dritten Leitungen eine Strömungsverbindung immer dann herzustellen, wenn im Inneren der Umschließungskonstruktion ein vorbestimmter erhöhter Druck als Folge davon auftritt, daß zufällig ein Verlust an Reaktorkühlmittel eintritt und das Kühlmittel in das Innere der Umschließungskonstruktion entweicht, und daß es die fierstellung der Verbindung über die dritten Leitungen der zweiten Kühlflüssigkeit ermöglicht, einen Teil der Wärmeenergie aufzunehmen, die in dem aus dem Reaktor (102) entwichenen Kühlmittel enthalten ist, wobei es dem zweiten Kühlmittel möglich ist, in das Innere der Umschließungskonstruktion einzuströen und in Wärmeaustausch mit der Reaktorbaugruppe zu treten.
17. Schutzvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Rauminhalt des Inneren der Umschließungskonstruktion (301) und der Reakturbangruppe (102) sowie die Mengen der ersten Kühlflüssigkeit und der zweiten Kühlflüssigkeit so gewählt sind, daß sich das Innere der Umschließungskonstruktion auf einem unter dem Atmosphärendruck liegenden Druck befindet, nachdem die erste Kühlflüssigkeit und die zweite Kühlflüssigkeit zur Umgebung der Reaktorbaugruppe (102) geleitet worden sind.
"18, Eczlcttaao rricirtrrr nac Irsrxa i. OfEIXiZ-GI8 g: -k e n n z e i c h n e t , daß dem Kühlflüssigkeitsbehälter mehrere durch Abstände getrennte Behälterkonstruktionen (114) gehören, von denen jede mit der Kühlflüssigkeit gefüllt ist, daß zusätzlich zu dem genannten Dampferzeuger weitere Dampferzeuger (104) vorhanden sind, daß die ersten Rohrleitungen (?) dfe htnefftnker;L, i;E iicEt:;rien! Fr;eir;t;!n71.1,E3 PIEIA.f:EU-:2:I ct:3-cld;iae:n: BISrt CfesP) ejCEktllntf:LCT, *Pt- IEU;rlT;J!4III: TL di-ES dia zgYeLtess Ei'ofioLfiet.aig "lif ii, YtlmEGeEin ti-ir;crsr;t--Ptia. sttii-rEas, , zcrELns;T-c!r~1.,t;an2 La ispracc;fi "liEiP, hr e n n 2i~ e s e h 64 $ L fE di?B ElePTfPIFL$Igm7;lmna;3, lfl3;PX Einlaß- und Ausleßeinrichtungen aufweist, die während des ialea LI&'.r6g?ELS: FP fTm EIECFlg.zrl'];iziE1;I3f dRLXi,npilLElf; ieEj--.
Et-J2, Irna i &iza pt;en: EPLrErr;Le--st;nySt: -jl.gt- i 1TiifSP und Auslaßeinrichtungen anschließbar sind.
20. Verfahren zum Schützen bzw. Einschließen eines Kernectctars iseb;i eiraeom) nEEtrgrr Tic1 crL I;nM;m7i'nL;;;1;:m bei einem Kermraktor-Kraftwerk mit einer Reaktorbaugruppe, aLne B;rILLeL eiin Ejitf le!E-torr;hatC;r;ll, zit diiFoi :!?ii-ttijneIT,n für des Reaktorkühlmittel gehören, einem unter hohen Druck c;t;-hende, esl;xlfF elrr nELr 'L:empleorirnt;tn FjcsBTiiia3;2 j£cxt-i kiimsttefr, s: k1u. 6 -%aET;t:olu3i;.ctrilcCZ;er. ir;niF..bt;, FilIZI naare3ae:F;e;IrrxrsrrEn;lr- c Enprr T:rrllnJ'n;,'SiE-lcs;QI1, rccLe mtiIferencs: ilcu! fcili-;tcJ-3-ar-lzipe 'rmmn aagf mii ifJif."l;,ilE -ir1irr tz3Iicail, BaFiin k e n n z e i c h n e t , daß das Auftreten eines zufälligen Beins;tes aFaen EaFEB=tT;'YirjLt;trR;' diadITEh; F1-iiJt TPtX- d?in eirr eInteL Fo;l;es;tlmro;t;;erir LE,rill3i2it;e4S'SiFeUd ZLTRGat EZiEt;422-kühlmittel in der Reaktorkühlanlage und einer ersten, gesondert untergebrachten menge einer unter Druck stehenden Kühlflüssigkeit auftritt, daß die Kühlflüssigkeit verlanlaßt wird, in die Reaktorkühlanlage einzuströmen zu beginnen und hierbei den Druck der unter Druck stehenden Kühlflüssigkeit herabzusetzn, d die Herabsetzung des Drucks der unter Druck stehenden Kühlflüssigkeit geführt wird, bis ein zweiter vorbestimmter Druckunterschlied zwischen der unter Druck stehenden Kühlflüssigkeit und dem Dampf in dem bzw. jedem Dampferzeuger erreicht wird, und daß bewirkt wird, daß der Dampf zu der unter Druck stehenden Kühlflüssigkeit geleitet wird, sobald der zweite vorbestimmte Druckunterschied ereicht ist, um eine zusätzliche Pumpkraft auf die Kühlflüssigkeit aufzubringen und so zu bewirken, daß weiterhin Kühlflüssigkeit in die Reaktorkühlanlage eingeleitet wird, damit diejenige Menge des Reaktorkühlmittels ersetzt wird, welche infolge eines zufälligen Verlustes an Reaktorkühlmittel verloren gegangen ist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die unter Druck stehende Kühlflüssigkeit gekühlt wird, bevor der erste vorbestimmte Druckunterschied erreicht wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zugelassen wird, daß das Reaktorkühlmittel, das während des zufälligen Verlustes an Reaktorkühlmittel verloren gegangen ist, innerhalb der Umschließungskonstruktion verdampft, damit im Inneren der Umschließungskonstruktion einerster, relativ hoher Dampfdruck ereeicht wird, daß das Ereeichen eines dritten vorbestimmten Druckunterschiedes zwischen dem Inneren der Umschließskonstruktion und einer zweiten, gesondert bereitgehaltenen Menge einer zweiten Kühlflüssigkeit gefühlt wird, sobald der erste, relativ hohe Dampfdruck erreicht wird, daß denn eine Verbindung zwischen dem Raum, in dem sich der unter einen relativ hohen Druck stehende Dampf befindet, und der zweiten Kühlflüssigkeit hergestellt wird, um hierdurch die zweite Kühlflüssigkeit zu erwärmen und sie glecihzeitig unter Druck zu setzen, und daß zugelassen wird, daß die zweite Kühlflüssigkeit des Innere der Umschließungskonstruktion überfintet, wenn das gesamte wirksame Druckgefälle der zweiten Kühlflüssigkeit den Druck des Dampfes in der Uinschließungskonstruktion überschreitet0