DE2505532C2 - Kernreaktor-Kraftwerksanlage mit Kühlflüssigkeitszufuhr bei unfallbedingtem Verlust an Reaktorkühlmittel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktor-Kraftwerksanlage mit einer .Reaktorbaugruppe, die einen Kernbrennstoff enthaltenden Reaktorkern aufweist, mindestens einem Dampferzeuger, der über eine erste Verbindung mit der Reaktorbaugruppe verbunden und von einem Reaktorkühlmittel von hoher Temperatur und hohem Betriebsdruck durchströmbar Ist, der unter normalen Bedingungen im wesentliche! konstant Ist, sowie mit mindestens einem Behalter für Kühlflüssigkeit, der über erste Rohrleitungen mit der Reaktorbaugruppe verbunden, einem unter dem Betriebsdruck des Reaktorkühlmittels liegenden Druck ausgesetzt und mit dem Reaktor und dem Dampferzeuger Innerhalb einer abdichtenden Umschließung angeordnet Ist, wobei die ersten Rohrleitungen der Reaktorbaugruppe die unter Druck stehende Kühlflüssigkeit immer dann zuführen, wenn durch unfallbedingten Verlust an Reaktorkühlmittel dessen Betriebsdruck ausreichend verringert und ein zweiter vorbestimmter Druckunterschied zwischen der Kühlflüssigkeit und dem Reaktorkühlmittel In der Reaktorbaugruppe herbeigeführt Ist, der kleiner Ist als der erste Druckunterschied zwischen der Kühlflüssigkeit und dem unter normalen Betriebsdruck stehenden Reaktorkühlmittel.

Eine derartige Kraftwerksanlage ist bekannt (DE-OS 23 16 066). Die vorgesehenen Maßnahmen dienen dazu, bei Betriebsunfällen zu verhindern, daß Wasser, Dampf und mitgeführte Spaltprodukte In die Umgebung austreten. Durch die Zuführung von in Reserve gehaltener Kühlflüssigkeit wird einer Im Falle eines Leitungsbruchs mit ausströmenden Reaktorkühlmittel ungenü-

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übermäßigen Anstieg von Temperatur und Druck begegnet. Es besteht dann nicht mehr die Notwendigkeit, eine sogenannte trockene Schutzvorrichtung in Form eines Reaktorgebäudes aus Stahl und/oder Beton vorzusehen, das dem vollen Druck standhalten kann, mit dem bei einem entsprechenden Reaktorunfall zu rechnen Ist.

Be! der bekannten Kernreaktor-Kraftwerksanlage sind zur Sicherung der Kühlflüssigkeitszufuhr beim Auftreten eines Lecks innerhalb der Umschließung ein offener Hochbehälter mit Kühlflüssigkeit sowie ein geschlossener Druckspeicher mit Kühlflüssigkeit vorgesehen, die durch ein Gaspolster unter Druck gesetzt Ist. Diese innerhalb der Umschließung gespeicherten Flüssigkeitsmengen können zwar zu einer Auffüllung verloren gegangenen Reaktorkühlmittels herangezogen werden, bei einem Reakiorunfall wird dadurch allein jedoch noch nicht die erforderliche Sicherheit gewährleistet. Vielmehr muß dazu auch das ausgeströmte und sich In einem Sumpf der Umschließung sammelnde Kühlmittel wiederverwendet weiden. Dazu ist eine Pumpe vorgesehen, die mit äußerer elektrischer Energie betrieben wird. Obwohl die statische Energie der Kühlflüssigkeit im Hochbehälter sowie der Druck des Gaspolsters Im Druckspeicher zur Einleitung de;· in Reserve gehaltenen KOhlflüssigkeit zur Verfügung steht, handelt es sich somit wegen der dem Sumpf zugeordneten und von außen zu betreibenden Pumpe um ein zumindest teilweise aktives System, dessen Wirksamkeit voraussetzt, daß der Strom zum Antrieb der Pumpe nicht ausfällt. Dieses kann jedoch nicht unter allen Umständen gewährleistet werden, so daß die bekannte Kraftwerksanlage mit einem gewissen Slcherheltirislko belastet ist.

ίο Im übrigen ist es bei der bekannten Anlage auch schon kritisch, die gewünschten Einleitungsdrücke für die in Reserve gehaltene Kühlflüssigkeit zu erzielen, well einerseits der für eine Schwerkraftzuführung vorgesehene offene Hochbehälter wegen seiner Lage innerhalb der Umschließung nur mit begrenztem Volumen ausgeführt und nur in einer vergleichsweise niedrigen Höhe angeordnet werden kann und weil andererseits der Druckspeicher mit einem Elnleltungsdrucck arbeitet, der mit zunehmender Entleerung und entsprechender Expansion des Gaspolsters stark absinkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit einer gattungsgemäßen Anlage gegenüber Unfällen mit Austritt an Reaktorkühlmittel zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zweite Rohrleitungen den Dampferzeuger mit dem Kühlflüsslgkeitsbehälter verbinden und daß nach Erreichen eines dritten vorbestimmten Druckunterschieds zwischen der Kühlflüssigkeit und dem Dampf in dem Dampferzeuger unter einem verhältnismäßig hohen Druck stehender Dampf dem Kühlflüssigkeltsbehälter durch die zweiten Rohrleitungen zugeführt wird, um auf die Kühlflüssigkeit eine Pumpkraft aufzubringen, damit der den Brennstoff des Reaktorkerns enthaltende Teil der Reaktorbaugruppe vollständig gefüllt wird.

Auf diese Welse entsteht ein vollständig passives Sicherheitssystem in dem Sinne, daß keine Abhängigkeit von der Verwendung elektrischer Pumpen oder dergleichen Einrichtungen besteht, die mit äußerer Energie angetrieben werden. Damit wird auch die Gefahr ausgeschaltet, daß im gegebenen Moment die benötigte äußere Energie ausfällt. Gleichzeitig wird aber auch eine sichere Zuführung der Kühlflüssigkeit durch Ausnutzung des Innerhalb der Anlage vorhandenen Dampfdrucks bewirkt. Dieses passive Sicherheitssystem, das sowohl bei Druckwasserreaktoren wie auch bei Siedewasserreaktoren anwendbar Ist. hat ferner den Vorteil, daß nach einem Unfall der Reaktor nach vergleichsweise kurzer Zeit wieder zugänglich ist und betriebsbereit gemacht werden kann, denn bei aktiven Systemen Ist damit zu rechnen, daß auch die zum Betrieb benötigten aktiven Teile wie Pumpen, elektrische Leitungen und dergleichen Schaden genommen haben und ersetzt werden müssen.

Somit werden beim Anmeldungsgegenstand innerhalb der Reaktoranlage erzeugte Energien herangezogen, um die Innendrücke auf Sicherheitswerte herabzusetzen, ein Niederschmelzen des Reaktorkerns zu verhindern, Innentemperaturen auf Sicherheitswerte herabzusetzen und ein Austreten von radioaktivem Material In die Umgebung zu verhindern. Dieses erfolgt innerhalb weniger Minuten nach dem Auftreten eines Unfalls.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Anlage, bei der mil einem Hochdruck- und Hochtemperatur-Kühlmlttel und/oder einem Moderator wie Leichtwasser oder Schwerwasser gearbeitet wird, weist mehrere miteinander verbundene

Zellen oder Kammern auf. In denen die Bestandteile der Kernreaktoranlage untergebracht sind, beispielsweise das Reaktorgefäß, Dampferzeuger, 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 1st ihrerseits in einer weiteren Umschließung aus Stahlbeton oder vorgespanntem Beton angeordnet. Zwischen der ersten und der zweiten Umschließung 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 Slcherhelts- bzw. Druckentlastungseinrichtungen zugeordnet, die es ermöglichen, eine Verbindung zu einem Tiefbrunnen herzustellen.

Der Tieforunnen umgibt die Schutzzelle für das Reaktorgefäß und erstreckt sich unterhalb des Reaklorgefäßes nach unten. Der mit einer Auskleidung aus Stahl versehene Tiefbrunnen, der eine Kopplungsflüsslgkelt 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 Reaktorgefäß enthaltenden Raum, während die zweite Wärmetauscheranordnung in Verbindung mit einem Gewässer im Freien steht. Wärmetauscheranordnungen sind auch für die Kopplungsflüssigkeit vorhanden, mit v-elcher der Ringraum zwischen dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter gefüllt ist. Diese Wärmetauscheranordnungen befinden sich in dem genannten Gewässer im Freien.

Das Wasser, 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 gewährleisten. Das Wasser ist entgast und es enthält In Lösung befindliche Chemikalien, die als Neutronep.gift, Korrosicnsschutzmitte!, Getter für Sauerstoff und Getter für Radionuklide zur Wirkung kommen. Die Wasserfüllung wird mit Hilfe von Dampfstrahl-Kühleinrichtungen oder von Wärmetauscheranordnungen im gekühlten Zustand gehalten.

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 Reaktorkühlmittel, die durch einen Rohrbruch 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 vorbestimmten Drucks bewirkt der Dampf, daß den Überflutungsbehältern 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 Überflutungsbehälter 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, um 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 Stahlinjektoren 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 Diffusortell 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 Gegendruck in dem Behälter erhöht, um das Abblasen zu beenden. Sobald das Abblasen des Kühlmittels 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 Reaktorköhlanlage Ober die Rohrhruchstelle, 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 Hauptbehälter während des Abblasens und Überflutens 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 Kernbrennstoff abgegebene Energie wird durch Wärmeleitung und natürliche Konvektion passiv an die Umgebung abgege-

ben. 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. Kühlmittelleitungen, 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 Wärmeleitung durch den Stahlmantel aus dem Überflutungswasser 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 Wärmetauscheranordnungen, die sich Im Freien In einem Gewässer befinden. Das Wasser dieses Gewässers wird durch thermische Konvektion veranlaßt, an d;:n Wärrnctauschcranordnungen vorbei zu zirkulieren, um die In dem Wasser aus dem zweiten Behälter enthaltene Wärme aufzunehmen.

Der Aufbau der passiven Schutzvorrichtung ermöglicht es, die Räume zum Lagern d«:s verbrauchten Kernbrennstoffs und die Hilfseinrichtungen des Reaktors Im Reaktorgebäude unterzubringen. Diese Anordnung ermöglicht auch die Verwendung passiver Wärmeaustauschkreise, die an Wärmetauscheranordnungen angeschlossen sind, welche den Räumen zum Lagern von verbrauchtem Kernbrennstoff und den Hllfselnrlchtungen 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 schematicher Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Flg. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein Reaktorgebäude zum Aufnehmen einer passiven Schutzvorrichtung nach der Erfindung, wobei der Schnitt durch eine Überflutungsbehälterzelle, eine Reaktorkühlmlttelpumpenzelle, die Reaktorgefäßzelle, eine Dampferzeugerzelle, eine Nachfüllbehälterzelle und Zellen zum Aufnehmen von Verblndungsrotirleltungen für das Reaktorkühlmittel Im wesentlichen längs der gebrochenen Linie I-I in Fig. 4 verläuft;

Fig 2 einen senkrechten Schnitt durch das Reaktorgebäude, der im wesentlichen längs der Linie H-II In Fig. 4 durch zwei Räume zum Aufnehmen von verbrauchtem Kernbrennstoff verläuft, zwischen denen sich der Raum zum Beschicken des Kernreaktors mit Kernbrennstoff befindet;

F1 g. 3 einen senkrechten Schnitt durch das Reaktorgebäude längs der Linie HI-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;

FI g. 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 Flg. 2;

Flg. 8 und 9 jeweils eine schematische Darstellung von Behältern zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes, wobei In Fig. 8 eine typische Rohrleitungsanordnung für einen Nachfüllbehälter dargestellt ist, während Flg. 9 die allgemeine Anordnung der Nachfüllbehälter bei einem Druckwasserreaktor mit vier Kühlschleifen erkennen läßt; und

Flg. 10, 11, 12 und 13 jeweils eine graphische Darstellung eines bestimmten Gesichtspunktes, 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 MW ausgelegt ist.

Hierbei veranschaulicht Flg. 10 die Beziehung zwischen dem Insgesamt benötigten freien Volumen 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.

Flg. 11 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Menge des Reaktorkühlmittels, das In der flüssigen Phase gehalten wird, d. h. der gesamten Menge, die In der Reaktorkühlanlage und dem ersten Schutzbehälter vorhanden Ist, und dem bei einem Betriebsunfall auftretenden höchsten Druck, d. h. dem Gegendruck In der Schutzvorrichtung, 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 Menge des Reaktorkühlmittels, das allein Im Reaktorgefäß In der flüssigen Phase verbleibt, und dem bei einem Betriebsunfall auftretenden höchsten Druck, d. h. dem Gegendruck In der ersten Umschließung für den Fall einer passiven Schutzvorrichtung; wobei Dampf In Überflutungsbehälter 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 m' beträgt.

Flg. 13 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Druck, der In dem ersten Behälter nach dem Überfluten herrscht, und der Menge der Überflutungsflüsslgkeit, die In der passiven Schutzvorrichtung bei einer Temperatur von 16° bzw. 10° bzw. 4° C gespeichert Ist; für diesen Vergleich Ist das Insgesamt verfügbare freie Volumen des ersten Behälters mit etwa 990 m' 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 Flg. 1 bis 7 Ist eine passive Schutzvorrichtung für einen mit vier Schleifen versehenen Druckwasserreaktor dargestellt. Die erste Umschließung setzt sich aus miteinander verbundenen Zellen zusammen, welche die verschiedenen Teile der Reaktorkühlanlage umschließen. Gemäß Flg. 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 Reaktorkühlmlttelpumpenzellen 105 auf, und In jeder dieser Zellen ist eine Reaktorkühlmittelpumpe 106 angeordnet. In einer weiteren Zelle 107 befindet sich eine Einrichtung 108 (Flg. 3)

zum Aufbringen von Druck. In einer Zelle 109 (Fig. 5) 1st gemäß Fig. 3 der regenerative Hochdruck-Wärmetauscher 110 untergebracht. Weitere Zellen 111 enthalten die Rohrleitungen 112, aus denen sich die das Reaktorkühlmittel enthaltende Anlage zusammensetzt.

In weiteren Zellen 113 befinden sich die Behälter 114 zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes. Das untere Ende jeder einen Nachfüllbehälter enthaltenden Zelle 113 Ist mit abdichtender Wirkung mit einem tragenden Mantel verschweißt, der einen Bestandteil der ersten Umschließung bildet. Die Zellen 115 (Flg. 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 Flg. 1 die Überflutungsbehälter 117 angeordnet. Das untere Ende jedes Überflutungsbehälters 1st mit abdichtender Wirkung mit einem tragenden Mantel verschweißt, der ebenfalls einen Bestandteil der ersten Umschließung bildet. 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 Versteifungsringen 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 Welse, Rohrleitungsunterstüizungen und Halterungen 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 Kühlmitteilecks peltschenschlagähnllche Bewegungen ausführt. Bei diesen Unterstützungen und Halterungen für die Rohrleitungen handelt es sich um Dreipunkthalterungen, die von den Versteifungsringen und den Verstärkungsringen getrennt sind, welche der Stahlauskleidung 119 der ersten Umschließung in den Zellen für die Rohrleitungen zugeordnet sind. Die Versteifungsringe sind außerdem In kleinen Abständen verteilt, um die Auskleidung aus Stahl zusätzlich zu schützen. Die größeren Bauteile sind gegen Bewegungen, die z. B. bei Erdbeben auftreten könnten, durch Gefäßstabilisatoren geschützt.

Die Auskleidung 119 aus Stahl 1st auf nicht dargestellte Weise doppelwandig ausgebildet. Die Ringräume zwischen den Stahlblechen sind mit Wasser gefüllt. In dem ein Neutronengifi gelöst ist. Der von dem inneren Blech umschlossene Raum bildet die erste Umschließung für die Reaktorkühlanlage. Während des Leistungsbetriebs des Reaktors wird In diesem freien Raum ein hohes Vakuum aufrechterhalten, damit auf eine Wärmeisolierung auf den Außenflächen der Reaklorkühlanlage verzichtet werden kann. Wird der Reaktor außer Betrieb gesetzt, um die Durchführung von Wartunpsarbcltcn /u ermöglichen, laßt 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 Rauminhalts der Umschließung, eine Verkürzung der Bauzelt, eine Einsparung an Materialkosten, 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 Zelt, während welcher das Wartungs- und Prüfpersonal der Strahlung ausgesetzt 1st, was auf die Einsparung der Zelt 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 Kühlmittellecks 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 außerdem 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 aufgenommen. Der Abstand zwischen den Blechen der »kalten Wand« kann zwischen einigen Zoll (rund 25 mm) undmehreren Fuß (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 (Fig. 4) umschlossen, die nach Bedarf vorgespannt oder bewehrt 1st, jedoch mit Ausnahme des oberen Endes des Reaktorgefäßes. Gemäß Fig. 1 ist ein mit einem Flansch versehener Dom 121 vorhanden, der die Antriebseinrichtungen für die Regelstäbe umschließt. Diese Regelstabantrlebe 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 Reaktorkühlan-

lage. An allen Punkten hat die Betonkonstruktion eine ausreichende Wandstärke, um als biologische Abschirmung zur Wirkung zu kommen. Somit sind die Personen, die sich im Reaktorgebäude aufhalten, gegen durchdringende Strahlung geschützt, und zwar sowohl 5 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, zusammen. 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 Flg. 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 Flg. 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 1st 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 so Abschlußteil 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 Reaktorgefäß-Nachfüllbehälter 114 und die vier Überflutungsbehälter 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 Flüssigkeitsmenge bereitgehalten, die ausreicht, um das Reaktorgefäß 102 beim Nachfüllen nach dem Auftreten eines Kühlmittelverlustes zum Überlaufen zu bringen.

Die Überflutungsbehälter 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 könnte. An den unteren Enden der Cberflutungsbehälter 117 sind aufreißbare Scheiben 12!> vorhanden. Unmittelbar über jeder aufreißbaren Scheibe Ist ein Rohrabschnitt 130 angeordnet, der als Diffusor zur Wirkung kommt, um den Dampf mit Überflutungsflüsslgkelt 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 20L abgeleitet.

An allen tiefliegenden Punkten der ersten Umschließung sind Entleerungsleitungen mit zwei In Reihe 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 unleren 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 gesonderten 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 Überflutungsflüsslgkelt, 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 ?u dem Zweck 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. Nach der Durchführung dieser Entgiftung kann man den durch den Verlust an Kühlmittel hervorgerufenen Schaden abschätzen und die Instandsetzungsarbejten 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 boriertem Wasser gefüllt, bei dem die Borkonzentration derjenigen des Reaktorkühlmittels während der Arbeiten zum Beschicken mit neuem Kernbrennstoff gleichwertig ist. Nach dem Abstellen des Reaktors zum Zweck des Einbringens von neuem Kernbrennstoff wird das borhaltige Wasser aus dem Tiefbrunnen zu dem Raum 202 für die Beschickung mit Kernbrennstoff gepumpt. Nach der Beendigung der Beschickungsarbeiten wird das borhaltige Wasser aus dem Raum 202 wieder zu dem Tiefbrunnen abgelassen.

Der Tiefbrunnen weist eine Innere Zone 203 und eine äußere Zone 204 auf. die gemäß Flg. 1 durch einen damit konzentrischen Z>linder 205 aus Stahl getrennt sind, welcher sich vwi einem Punkt nahe dem Boden des Tiefbrunnens aus bis zu einem Punkt erstreckt, der etwas höher liegt als der normale Stand des borhaltlgen Wassers während des Betriebs. Die äußere Zone 204 dient als Wärmesenke für ein eine hohe Temperatur aufweisendes Fluid, 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 Tiefbrunnens dient das borhaltige Wasser als Wärmeübertragungsmedium für die Zerfallswärme während der auf einen Verlust an Kühlmittel folgenden Zeltspanne. 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 Ringkanäle. In dem inneren Kanal sind Kühlrohre 207 angeordnet, die an Leitungen 208 angeschlossen sind, welche sich von den Zellen für die Rohrleitungen der Reaktorkühlanlage 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 Kühltelch führen.

Bei einem Verlust an Kühlmittel füllt sich die das Reaktionsgefäß enthaltende Zelle 101 mit dem von dem Reaktor abgeblasenen Kühlmittel, der aus den Nachfüllbehältern überlaufenden Flüssigkeit sowie mit der von den Überflutungsbehältern 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 Kühltelch 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 Dampferzeuger durch einen zu hohen Druck zjm Abblasen veranlaßt werden. Die thermische Zirkulation des Wassers In dem Tiefbrunnen 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 Reaktorbetriebs einen zusätzlichen biologischen Schutz bieten. Der Tiefbrunnen Ist mit Stah'blech 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 125 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 Durchbrüche der Umschließung oberhalb der Pumpenmotoren 126.

Den Motorkammern 212 wird Luft oder eine Inerte Gasatmosphäre über Rohrleitungen von der darüber liegenden Umschließung aus zugeführt. Sollen die Motorkammern für Personal zugänglich gemacht werden, wird ihnen Luft 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 Fluid, sondern es verhindert auch ein anderenfalls mögliches Verbrennen der elektrischen Leitungen 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 bietet, daß die Pumpen beschädigt werden.

Gemäß Flg. 3 Ist eine sekundäre Schutzumschließung 215 unnv telbar über der Zelle 107 angeordnet, in der sich die Einrichtung zum Erhöhen des Drucks befindet. Ein Mannloch 216 mit verschraubten Doppelflanschen ermöglicht es, die Zelle 107 zur Durchführung von Prüf-, Untersuchungs- und Wartungsarbellen 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 zweltei. umschließung 215.

Die der Druckerhöhungseinrichtung 108 zugeordneten, mit Sicherheitsventilen versehenen Rohrleitungen 217 sind gemäß Flg. 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 anschließen, verlaufen über besondere, sie umschließende Durchbrüche 228 zu dem Tiefbrunnen 201.

Die Zelle zum Aufnehmen der Rohrleitungen, welche die Reaktorkühlanlage mit der Druckstelgerungselnrlchtung 108 verbinden, ermöglichen es, den freien Raum Innerhalb der Zellen 107 unter einem hohen Unterdruck zu halten. Wenn bei abgestelltem Rep.ktor der primäre Schutzbehälter mit Luft unter atmosphärischem Druck gefüllt ist, ermöglicht es die Rohrleitungszelle, für das Personal die benachbarten Einrichtungen zugänglich zu machen, d. h. die Dampferzeuger, die Pumpengehäuse, die Behälter zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes, die Überflutungsbehälter und das Reaktorgefäß 102.

Gemäß Flg. 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 können.

Rohrverbindungen zwischen dem regenerativen Wärmetauscher und dem nlchtregenerallven 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 Rührleiiungszelle. die die Reaktorkühlanlage mit

dem regenerativen Wärmetauscher HO 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 Rohrleitungszel'e, welche auf der von der Zelle 107 für die Druckstelgerungseinrlchtunj 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, Pumpengehause, Nachfüllbehälter für das Reaktorgefäß, Überflutungsbehälter und das Reaktorgefäß selbst.

Die sekundären Umschließungen oberhalb der Pumpen für das Reaktorkühlmittel sind gemäß F i g. 1 über Abdeckungen 220 zugänglich. Ein unbefugtes is 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 1st.

Bleibt der Reaktor während einer längeren Zelt 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 Hochlelstungsfllter 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 Rauminhalts 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 Neutronen 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 Flg. 3 gezeigte sekundäre Umschließung 221 dient als Rohrleitungstunnel und Venillstatlon für Rohrleitungen, die an die Dampferzeuger In den zügehörigen Zellen angeschlossen sind. Hierzu gehören Dampfleitungen 222 und Speisewasserleitungen 223. Diese Rohrleitungen treten aus dem. Tunnel 221 nach Flg. 3 über einen A.isatz der runden Rohrleitungsumschließung aus. Gemäß Flg. 2 sind Zwischenwände 224 vorhanden, durch die hierdurch die betreffenden Rohrleitungen aus dem Reaktorgebäude nach außen geführt sind. Von der sekundären Umschließung 221 aus erstrecken sich Ventllatlonsrohrleltungen 225 zu dem Tiefbrunnen 204. Diese Ventilationsleitungen schützen den Rohrtunnel 221 gegen einen zu hohen Druck für den Fall eines Aufrelßens einer Dampfvertellungslelu. κ. Diese Ventilalionsleltungen haben In senkrechter Richtung gemäß Flg. 7 eine solche Länge, daß sie nach Art von Teilen eines U-Rohr-Barometers zur Wirkung kommen.

Gemäß Fig. 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 Flg. 2 sind in die Dampf- und Speisewasserleitungen in einer Erweiterung des Rohrtunnels 221 Absperrventile 229 eingeschaltet. Die Unterdruckleitungen sind auf ähnliche Weise mit Absperrventile ausgerüstet.

Gemäß Flg. 6 sind Sicherheitsventile und Schnellablaßventile In Abzweigleitungen 230 der Dampfleitungen 222 eingeschaltet und In dem Rohrtunnel 221 auf zweckmäßige Welse verteilt. Die Abgabeleitungen für diese Ventile führen zu dem Tiefbrunnen 201.

Gemäß Flg. 6 sind für das Personal benutzbare Schleusen 231 vorhanden, mittels welcher der Rohrtunnel 221 zugänglich gemacht werden kann. Diese Schleusen 231 sind höher angeordnet als der Boden des Rohrtunnels 221. Wenn Innerhalb der Umschließung 221 ein Rohrbruch auftritt, wird die gesamte Flüssigkeit in dieser Umschließung zurückgehalten, und der entstehende Dampf wird über Rohrleitungen 225 (F i g. 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 Reaktorgebäudes untergebracht.

Das Reaktorgebäude hat gemäß Flg. 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 Reaktorgebäudes und den Dampferzeugerzellen getragen. Gemäß Flg. 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 Flg. 2 ist auf der Nordseite der Anlage ein Schacht 305 zum Aufnehmen von Wasserleitungen angeordnet. Diesem Schacht 305 diametral gegenüber 1st 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 Flg. S einen Personenaufzug 307 und ein Treppenhaus 308.

In den Schacht 306 für Hilfseinrichtungen Ist ein Lastenaufzug 309 vorhanden, und außerdem enthält dieser Schacht ein zweites Treppenhaus 308 sowie

verschiedene Bedienungs- und Hilfseinrichtungen.

Das Reaktorgebäude 1st über die Personalschleuse 310 zugänglich, die gemäß Fig. 4 dem Schacht 305 für die Wasserleitungen zugeordnet ist. Gemäß Fig.4 ist das Reaktorgebäude außerdem fiber eine Schleuse 311 zum s Einbringen von Geräten zugänglich. Diese Schleuse bildet einen Bestandteil des Schachtes 306.

Für die verschiedenen Einrichtungen sind drei Stockwerke oder Niveaus vorhanden, die durch Zwischenböden 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 is verschiedenen Stockwerken sind keine Durchlässe für Personal Im Inneren des Reaktorgebäudes vorhanden, sondern die verschiedenen Stockwerke sind Ober die Aufzugsschächte zugänglich. In jedem Stockwerk sind mechanisch miteinander verriegeile 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 Luft ständig umwälzen, wobei die Menge der verwendeten Ergänzungsluft möglichst klein gehalten wird. Alle diese Einrichtungen sind so ausgebildet, daß sie es ermöglichen. Im Bereich der betreffenden Geräte einen geringen Unterdruck aufrechtzuerhalten. Alle radioaktiven Stoffe, die zufällig freigegeben werden und In einen Geräte enthaltenden Raum gelangen, werden unter geregelten Bedingungen über Hochlelstungsfllter und Betten aus Aktivkohle abgeführt, nachdem eine ausreichende Zerfallsperlode abgelaufen Ist.

Gemäß der Erfindung wird auf eine zweckmäßige Ausnutzung des freien Raums geachtet, der Innerhalb des Reaktorgebäudes die »Reaktorinsel« umgibt. Gemäß Flg. 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 geführt; 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 (Flg. 2) zum Aufnehmen von verbrauchtem Kernbrennstoff bildet. Auf entsprechende Welse 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 regene- ω ratlven Wärmetauscher über Stahlrohre herausgeführt, die in den Beton eingegossen sind und sich zu dem dritten Stockwerk erstrecken. Der aus Flg. 7 ersichtliche freie Raum dient zum Aufnehmen von Reaktorhllfseinrlchtungen und Bedienungseinrichtungen, und zwar einschließlich der Einrichtungen zum Handhaben von Chemikalien, von lonenaustauschkolonnen, Kühleinrichtungen zum Abstellen des Reaktors, mit Borsäure arbeitender Einrichtungen sowie weiterer Einrichtungen, bei denen eine Gefährdung durch Radioaktivität nicht auszuschließen ist. Die Rohrleitungen, welche diese Einrichtungen mit der Reaktorkühlmittelanlage über die sekundären Umschließungen verbinden, sind in rohrförmigen Umschließungen verlegt, die In Beton eingegossen sind. Die genannten freien Räume dienen ferner zum Lagern von radioaktiver Flüssigkeit sowie zum Unterbringen 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 Bereitschaftsraum 314. Tore 315, die zu beiden Selten des Raums zum Einbringen von Brennstoff angeordnet sind, trennen die Räume 313 und 314 von dem Raum 202. Die Räume 202, 213 und 314 sind mit Wasser gefüllt, das In hohem Maße mit Bor angereichert ist.

Soll der Reaktor zum Zweck des Beschlckens mit Brennstoff abgestellt werden, wird das borhaltlge 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 Kopf 124 des Reaktorgefäßes 102 zum Abnehmen bereitgemacht. Die den Reaktor enthaltende Kammer wird von dem Tiefbrunnen 201 aus mit dem borhaltlgen Wasser gefüllt, während der Kopf 124 des Reaktorgefäßes entsprechend dem Ansteigen des Wasserspiegels angehoben wird.

Gemäß Flg. 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 borhaltlge Wasser aus der Zelle 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 borhaltlge Wasser In die Reaktorzelle 101 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 borhaltigem Wassser gelagert, bis es einer Behandlung unterzogen wird.

Der Raum 313 für verbrauchten Kernbrennstoff und der Bereitschaftsraum 314 sind Insgesamt so bemessen, daß sie mindestens 1-2/3 Brennstoff-Füllungen für den Reaktor aufnehmen können. Der Raum 313 für verbrauchten Brennstoff wird bei den normalen Beschickungsarbeiten benutzt, während der Bereitschaftsraum 314 dann benutzt wird, wenn der gesamte Brennstoffvorrat aus dem Reaktorkern entfernt werden soll.

Der Raum 313 für verbrauchten Brennstoff Ist mit einer Ihm benachbarten eingegossenen Grube 317 durch einen Kanal verbunden. In den ein Schieber 315 eingebaut 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 (Flg. 4) entfernt. Es Ist ein

nicht dargestellter Gleisanschluß vorhanden, der sich durch die öffnungen der Toren 334 in das Reaktorgebäude hinein erstreckt.

Gemäß Fig. 4 sind dem Beschickungsraum 202 und den Brennstoffräumen 313 und 314 Übsrlaufieltungen s 318 zugeordnet, die dazu dienen, eine bestimmte Standhöhe der Flüssigkeit aufrechtzuerhalten. Die entweichende Flüssigkeit wird zu Behältern in der Zone zum Lagern des borhaltigen Wassers geleitet.

Auf der Beschickungsebene ist gemäß Fig.4 eine fahrbare Drücke 319 vorhanden, mittels welcher der verbrauchte Brennstoff gehandhabt und der Reaktor mit neuem Brennstoff beschickt werden kann. Es ist auch möglich, jedem der drei genannten Räume eine solche fahrbare Brücke zuzuordnen. is

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 Ablagezone gelagert, die durch die Panzerung gebildet wird, welche vor dem Beschikkungsvorgang 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 Kühltelch in Verbindung stehen und sich bei jedem Behälter In senkrechter Richtung erstrecken. Gemäß Flg. 4 sind waagerecht angeordnete Kühlrohre mit breiten Rippen 323 vorhanden, welche die mit dem Kühlteich 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 Kühltelch den Leitungen zum Kühlen der drei genannten Räume zugeführt wird. Jedem der drei Räume Ist ein Umlenkorgan 324 zugeordnet, das den Kühlrohren benachbart Ist. 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 >·> stattfindet.

Die Standhöhe des Wassers In dem Kühltelch 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 Zelt zu Zelt durch eine Analyse ermittelt wird.

Gemäß Flg. 4 sind normalerweise In der geöffneten Stellung verriegelte Absperrventile 322 vorhanden, damit die Kühleinrichtung überwacht werden kann. Nach dem Schließen 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 aiizuheben und sie zu überprüfen und zu reinigen. Da das Wasser in den genannten Räumen ein großes Wärmeaufnahmevermögen besitzt, steht für solche Wartungsarbeiten genügend Zelt 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 trltiumhaitigem 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 Leistungsbetrieb des Reaktors benutzt, um die Reaktorkühlanlage zu schützen.

Flg. 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 1st. Die zylindrische bewehrte Betonwand 32fi, 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 Teile.

Innerhalb der Schutzzellenkonstruktion 120 aus Beton nach Flg. 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 Flg. 6 weisen gemäß FI g. 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 erleichtern.

Die Zugangsschächte 232 nach Flg. 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, wilche 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 Flg. 3 ersichtlich Ist, dienen als Entleerungsleitungen für die zahlreichen Slcherhelts- und Überdruckventile, die zu der Reaktorkühlanlage, der Sekundärseite der Dampferzeuger sowie der ersten und der zweiten Schutzumschließung gehören. Die mit Sicherheitsventilen ausgerüsteten Rohrleitungen 217 der Druckstelgerungselniichiung nach Flg. 3 erstrecken sich über einen Durchbruch 228 zu dem benachbarten Zugangsschacht 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 Überdruckventile, welche In die Rohrleitungen 131 eingeschaltet sind, die von den oberen Enden der Überflutungsbehälter 117 ausgehen, stehen ebenfalls mit den Zugangsschächten In Verbindung und dienen dazu, den primären Schutzbehälter gegen einen zu hohen Druck zu schützen. Auch ein Überdruck der Flüssigkeit in dem Ringraum zwischen

dem ersten und dem zweiten Schutzbehälter kann durch e i Verbindung beseitigt werden, die über die Zugangsschächte zu dem Tiefbrunnen führt.

Gemäß Flg. 2 sind Zugangstunnel 329 an den oberen Enden der stehend angeordneten Zellen vorhanden, um die Slcherheits- 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 (Flg. 4) leicht zugänglich. Gemäß Flg. 5 sind dicht verschlossene Durchbrüche 332 vorhanden, die sich von den genannten Tunneln aus nach unten zu den bestimmten Einrichtungen enthaltenden Räumen erstrecken. Die Tunnel 329 sind dadurch gegen einen zu hohen Druck geschützt, daß Belüftungskanäle vorhanden sind, die zu is dem Tiefbrunnen führen.

Das Reaktorgebäude kann mit sämtlichen Inneren Betonkonstruktionen fertiggestellt werden, bevor die Teile der Reaktorkühlanlage an der Baustelle angeliefert werden. Zum Errichten der bewehrten zylindrischen Betonkonstruktionen 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 Fig. 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 Rastermaßen hergestellten Stahlmänteln aufgebaut. Die Verbindungen zwischen den verschiedenen Zellen werden auf der Baustelle durch Verschwelßen so hergestellt, daß ein zusammenhängender erster Schutzbehälter entsteht, der in einen zweiten Schutzbehälter eingeschlossen Ist. Die tellerförmigen Kopfstücke an den oberen Enden der stehend angeordneten Mäntel aus Stahl im Bereich der Schutzzellen und der Dachver-Schlüsse werden auf der Baustelle verschweißt, nachdem die Teile der Reaktorkühlanlage eingebaut worden sind. Schadhaue Teile können auch ausgebaut werden, wenn man die betreffenden Dachverschlüsse durch Abschneiden der tellerförmigen Köpfe öffnet. Nach dem Erneuern des betreffenden Teils wird der tellerförmige Kopf wieder eingeschweißt und geprüft.

An jeder Dachöffnung wird ein mit Stahl ummantelter Verschluß aus bewehrtem Beton eingebaut. Die zueinander passenden Flansche der Verschlüsse sind zur Abdichtung mit O-Ringen sowie mit Einrichtungen zum Aufbringen eines Drucks sowie zum Nachwelsen von Undichtigkeiten versehen. Die Verschlüsse werden mit den dazu passenden Flanschen durch Schrauben verbunden.

Die erfindungsgemäße passive Schutzvorrichtung 1st so ausgebildet, daß die kritischen Teile der Anlage auch bei Erdbeben und anderen Einwirkungen höherer Gewalt erhalten bleiben. Es 1st 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 Welse verwendet, daß eine monolithische Konstruktion entsteht. Die Stabilität der Konstruktion wird außerdem durch die massive Betonkonstruktion gesteigert, welche die Zellen 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 Teile 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 Erdbeben auftreten. Die einzigen Verbindungen, die bei der erfindungsgemäßen passiven Schutzvorrichtung verwendet werden, sind die zu dem im Freien befindlichen Gewässer führenden Leitungen. Jedoch brauchen diese Leitungen nach einem Betriebsunfall In Form eines Kühlmittelverlustes während einer Zeltspanne 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 Bestandteile der Gesamtkonstruktion bilden und während des normalen Betriebs nicht zugänglich sind, da In dem primären Schutzbehälter ein hoher Unterdruck herrscht.

Die passive Schutzvorrichtung läßt sich so ausbilden, uaß es möglich Ist, das Reaktorgebäude unterirdisch anzuordnen, es einzubetten, es auf Wasserfahrzeugen zu lagern oder es nach Art eines Eisbergs untergetaucht anzuordnen. In jedem Fall erhält die Aniage eine Profilform, die ein gefälligeres Aussehen zeigt als eine Schutzvorrichtung, die nahezu vollständig über dem Erdboden angeordnet Ist.

Flg. 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 Sicherheitselr.spritzleitungen 132 eingeschaltet sind. Jede der Slcherheltselnsprltzleltungen 132 1st mit zwei Rückschlagventilen 133 und einem fernsteuerbaren Ventil 134 ausgerüstet, die hintereinandergeschaltet sind. In den Nachfüllbehälter 114 sind ein oder mehrere Strahlinjektoren 135 so eingebaut, daß sie sich unter dem Flüssigkeitsspiegel befinden. Der Diffusorteil jedes Strahlinjektors 135 1st am unteren Ende des betreffenden Nachfüllbehälters 114 angeordnet und an eine Sicherheitseinspritzleitung 132 angeschlossen. Die Ansaugkammer jedes Strahl Injektors 135 ist in Richtung auf das behandelte Wasser in dem Nachfüllbehälter offen, so daß sie durch das Wasser überflutet 1st. Der Düsenteil jedes Strahlinjektors 135 ist an eine Verteilerleitung 136 angeschlossen, die in Verbindung mit einer Dampfzuführungsleitung 137 steht, welche die Sekundärseite des Dampferzeugers 104 mit dem

Nachfüllbehälter verbindet, damit den Strahlinjektoren das zu Ihrem Betrieb erforderliche Druckmittel zugeführt werden kann. In der Dampfzuführungsleitung 137 sind eine Durchflußbegrenzungsdrossel 138, eine Zerreißscheibe 139 und ein fernsteuerbares Ventil 140 hlnterelnandergeschaltet. Anstelle der Zerreißscheibe 139 kann In die Dampfzuleitung 137 ein Slcherheltsüberdruckventll eingeschaltet sein.

Um den Nachfüllbehälter 114 gegen einen zu hohen Druck zu schützen, sind Überdruckventile 141 vorhanden, die über die Zugangsschäfte 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 Kühlschlangen dient dazu, das behandelte Wasser In jedem Nachfüllbehälter auf einer tiefen Temperatur zu halten.

Ferner 1st gemäß FI g. 8 eine Dampfablaßleitung 142 vorhanden, die von der Sekundärseite des Dampferzeugers 104 zum unteren Teil des Nachfüllbehälters 114 führt, damit Dampf aus dem Dampferzeuger 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 Änderung der Last hervorgerufen wird.

F1 g. 9 zeigt die Rohrleitungsanordnung für die Behälter 114 zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes 102 In Beziehung zu den Dampferzeugern 104 und den Reaktorkühlmlttelleitungen 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 mit den beiden Reaktorkühlmittelleitungen 112 über Sicherheitseinspritzleitungen 132 verbunden ist; zwei Nachfüllbehälter 114 sind an die vier zugehörigen Einlasse des Reaktorgefäßes 102 angeschlossen, und die beiden übrigen Nachfüllbehälter 114 sind mit den zugehörigen vier Auslässen des Reaktorbehälters 102 verbunden.

Die Behälter 114 zum Nachfüllen des Reaktorgefäßes 102 bilden zusammen mit den Überflutungsbehältern 117 eine Einrichtung zum Speichern der gesamten so 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 Konzentration 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 Teils des Tritiums stattfindet, das im Kernbrennstoff durch eine ternäre Spaltung erzeugt wird. Wenn die Konzentration des Tritiums In dem Kühlmittel entsprechend der Betriebsdauer des Reaktors zunimmt, wird auch die Konzentration des Tritiums 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 Arbeltsgang erhöht. Dies hat zur Folge, daß sich die Zelt verkürzt, während welcher das Personal der trltlumhaltlgen 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 Überflutungsbehälter 117 und der Tiefbrunnen 201 bieten Innerhalb der Schutzvorrichtung genügend Lagerraum zum wiederholten Aufnehmen des gesamten trltlumhaltlgen Wassers, das während der Lebensdauer der Anlage zu verarbeiten ist. Somit Ist eine sehr wirksame Abschirmung bei der Lagerung des trltlumhaltlgen 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.

Flg. 10 bis 13 veranschaulichen In graphischen Darstellungen das Ansprechverhalten von Reaktorschutzvorrichtungen und veranschaulichen die Vorteile der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Bei diesen graphischen Darstellungen 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 Köhlmift.e! eine Wärmemenge von 77,! χ !Ο⁶ kcal gespeichert ist. Eine zusätzliche Energiemenge von 25,95 χ 10' kcal steht zur Abgabe an die Schutzvorrichtung innerhalb der ersten 5 min nach dem Eintreten eines Betriebsunfalls zur Verfügung, für den die Vorrichtung berechnet 1st. Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schutzvorrichtung beim Eintreten eines Betriebsunfalls beschrieben; hieran schließt sich eine nähere Erläuterung der graphischen Darstellungen an.

Das Ansprechverhalten der passiven Schutzvorrichtung nach der Erfindung auf einen Verlust an Kühlmittel 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 Betrieb 1000 MW beträgt. Die genannten, der Konstruktion zugrunde gelegten Werte liegen In einem Bereich, der für das gewählte Kernkraftwerk typisch Ist. Ähnliche zahlenmäßige Betrachtungen einer passiven Schutzvorrichtung Sassen 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 Rekatorkühlmlttel auf einem Druck von etwa 145 bar absolut, um ein Sieden des Kühlmittels in der Reaktorkühlanlage zu unterdrücken. Bei der chemischen Behandlung und der Mengenregelung des Kühlmittels In der Reaktoranlage wird der regenerative Wärmetauscher 110 als Vorwärmer benutzt, mittels dessen das eintretende Kühlmittel mit Hilfe des austretenden Kühlmittels erwärmt wird. Diese Reaktoranlage, deren

Teile 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 302° C eine Energiemenge von etwa 77 χ 10* kcal gespeichert.

Der primäre Schutzbehälter Ist so ausgebildet, daß In Ihm ein freier Raum In der Größenordnung von 2830 m' vorhanden 1st. Die In diesem Raum vorhandene Luft 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 117 Innerhalb der ersten Umschließung enthalten Insgesamt etwa 1,365x10' kcal Flüssigkeit, die durch Kühlung auf einer Temperatur von etwa 10⁰C gehalten werden. Bei einem Gesamtdruck von weniger als etwa 0,138 bar absolut wird ein gesamter Freibord aufrechterhalten, der bei den Überflutungsbehältern etwas über 140 m^J Hegt.

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 10° C und unter einem hydrostatischen Druck von etwa 24 bar absolut gehalten wird. Die Sekundärseite jedes Dampferzeugers enthält eine Flüssigkeitsmenge von etwa 45 450 kg, deren Energlelnhalt etwa 12,6 χ 10' 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 Reaktorgefäßes. Sind anstelle der Zerreißscheiben Sicherheits-Überdruckventile vorhanden, sind diese so ausgebildet, daß sie ebenfalls bei einem Druckunterschied von etwa 45 bar ansprechen und sich öffnen. Die Schieberventile In den Slcherheltseinsprltzleltungen 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-Überdruck- «5 ventile den Druckschwankungen 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 Errei- se chen des Druckunterschiedes von etwa 45 bar, auf den die Zerreißscheiben brw. die Sicherhelts-Überdruckventlle eingestellt sln.J, 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 Rohre ungehindert abgeblasen. 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 117 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 Dlffusorrohren 130 angeordnet, daß an den Enden der Rohre Ansaugkammern vorhanden sind, wobei die Rohre 130 selbst als Dlffusoren zur Wirkung kommen, um den überströmenden Dampf zu kondensieren.

Der vorhandene Freibord von etwa 140 m^J ermöglicht es, daß eine Dampfmenge 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 Überflutungsbehälter 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 welter erhöht.

Sobald das anhaltende Abblasen aus der Reaktorkühlanlage zu einer Verringerung des Drucks des In der Kühlanlage noch vorhandenen Kühlmittels bis unterhalb eines Wertes von etwa 24 bar absolut führt, werden die Rückschlagventile der Slcherheltselnsprttzleltungen 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 Wasser aus den Nachfüllbehältern In den Reaktor eingespritzt wird.

Das Abblasen aus der Reaktoranlage Ober die Rohrbruchstelle bewirkt eine weitere Herabsetzung 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 Zerreißscheiben in den Dampfzuführungsleitungen ein Druckunterschied von etwa 45 bar absolut, so daß die Zerreißscheiben bersten.

Das Bersten der Zerreißscheiben bewirkt, daß Dampf von der Sekundärseite der Dampferzeuger zu den Strahlinjektoren strömt. Der durch die Injektordüsen strömende Dampf reißt behandeltes Wasser aus den Nachfüllbehältern mit; der Dampf und das Wasser werden Innig miteinander vermischt, während sie die Diffusortelle durchströmen, so daß eine homogene Lösung entsteht, die steh aus behandeltem Wasser und darin gelöstem Neutronengift zusammensetzt. Die öffnungen der Strömungsbegrenzungsdrosseln sind so bemessen, daß zur Regelung der Zufuhr von Dampf zu den Injektoren während des größten Teils des Dampfabblasevorgangs die Schallgeschwindigkeit erreicht wird. Diese Regelung des Dampfdurchsatzes der Injektordüsen gewährleistet den erforderlichen Wirkungsgrad des Einspritzen 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. Nach der Beendigung des Abblasens von Kühlmittel wird der Betrieb der Strahlinjektoren, die für eine Füllgeschwin-

digkeit 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 Strahllnjekioren das benötigte Druckmittel zur Verfügung steht, bis der Druck auf der Sekundärseite der Dampferzeuger annähernd gleich dem in der Umschließung herrschenden Gegendruck ist. Nachdem der Druckausgleich hergestellt worden Ist, enthalten die Nachfüllbehälter Im noch eine kleine Menge an behandeltem Wasser.

Alternativ können die anstelle der Zerreißscheiben vorhandenen Sicherheits-Überdruckventile dazu dienen, die Menge des auf der Sekundärseile 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 Rückstelldruck 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 Reaktorkühlmlttels bewirkt auch die Beendigung des Überströmens von Dampf aus der Umschließung in die Überflutungsbehälter 117. Das statische Druckgefälle 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 Überflutungsbehälter ein Flüssigkeitsvolumen ab, das nahezu gleich dem freien Volumen der ersten Umschließung Ist. Auf diese Welse werden die Kühlmittelleitungen des Reaktors vollständig untergetaucht, so daß sie mit der Überflutungsflüssigkeit erneut gefüllt werden.

Nach dem Überfluten, und nachdem sich die Temperaturen in der primären Umschließung und dem Reaktorgefäß annähernd ausgeglichen haben, beträgt die gewogene Durchschnittstemperatur der gesamten Flüssigkeitsmenge etwa 71⁰C. Diese Temperatur gibt die insgesamt In dem Kühlmittel gespeicherte Energie von etwa 77 χ 10' kcal und die auf der Sekundärseite der Dampferzeuger gespeicherte Energie von etwa 50x10' kcal zuzüglich einer Energiemenge von etwa 26x10' 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 Zerfallswärme, die während der ersten 5 min nach dem Betriebsunfall freigegeben wird. Bei etwa 71° C ist der Dampfdruck in der Reaktorkühlanlage niedriger als die Summe des Drucks der Atmosphäre in der Umschließung und des statischen Gefälles der Flüssigkeit über der Rohrbruchstelle; daher kann Flüssigkeit in den Reaktor einströmen, um die Anlage erneut bis zur Standhöhe der Überflutungsflüssigkeit zu füllen.

Da bei einem Verlust an Kühlmittel der Kernbrennstoff ständig gekühlt wird, und da die beschriebene Sicherheitseinspritzung stattfindet, durch welche das Reaktorgefäß innerhalb weniger Minuten nach dem Rohrbruch wieder gefüllt wird, wird das Schmelzen des Kernbrennstoffs verhindert. Die Menge der aus dem Brennstoff entweichenden Spaltprodukte wird auf diejenige Menge 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 Verkleidung eingewandet sind. Die kurzzeitige Freigabe beschränkt sich auf wenige Prozent des In Form von Edelgasen und Jodverbindungen vorhandenen Brennstoffs. Diese freigegebene Menge 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 Zelt 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 1st In dem primären Behälter eine ausreichende Menge der Überflutungsflüssigkelt vorhanden, so daß im wesentlichen sämtliche Spaltprodukte gelöst werden können, die während einer kurzen Zeit aus dem Brennstoff entweichen.

Nach dem Überfluten hat die eine Temperatur von etwa 71° 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 Druck der Atmosphäre hinaus erhöht. Während dieser Zeitspanne verringert sich die Rate, mit der Zerfailswärme erzeugt wird, erheblich. Die passive Wärmeübertragungseinrichtung Ist so ausgebildet, daß sie die Zerfallswärme bei der Erzeugungsgeschwindigkeit überträgt, die nach dem Ablauf der ersten Stunde vorhanden ist, d. h. mit etwa 47,4 χ 10' 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 Überflutungsflüssigkeit In dem primären Behälter maximal auf einer Temperatur von etwa 93° C und das Gewässer im Freien maximal auf einer Temperatur von etwa 38° C befindet. 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. Erstarrungspunktes 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 Sauerstoffgelter Zusatzstoffe verwenden, z. B. Hydrazin und Natriumsulfit. Als Getter für SoaltDro-

dukie sind ζ. B. Natriumhydroxid und Natriumthlosu!- fat geeignet. Um den Gefrier- oder Erstarrungspunkt herabzusetzen, kann man zahlreiche miteinander verwandte Alkohole, :. B. Äthylenglycol, verwenden.

Diese chemischen Zusatzstoffe haben bei einem Betriebsunfall eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Die Neutronengifte verhindern, daß der Kernbrennstoff bei tien niedrigen Flüssigkeitstemperaturen nach dem Betriebsunfall »kritisch« wird.

Die Sauerstoffgelter dienen zum Beseitigen des auf radiolytischem Wege entstehenden Sauerstoffs, der nach dem Betriebsunfall als Folge einer Zersetzung von Wasser entsteht. Durch die Beseitigung des Sauerstoffs wird verhindert, daß sich eine explosionsfähige Konzentration mit auf radiolytischem Wege entstandenem Wasserstoff bildet. Man kann den Flüssigkelten eine Menge des Aufnahmemittels beifügen, 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 1st als die Temperatur für eine spontane Zündung eines Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches, so daß auch eine Wassersioffverbrennung durch die Überflutung aller möglichen Zündungsquellen verhindert wird.

Die Überflutungsflüssigkelt 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 Spaltprodukien verbinden, so daß stabile Verbindungen entstehen. Hierdurch erhält man eine zusätzliche Sicherheit dafür, daß nach dem Betriebsunfall keine Spaltprodukte aus der Umschließung entwelchen können.

Die Mittel zum Herabsetzen des Gefrier- oder Erstarrungspunktes ermöglichen es, die In der Schutzvorrichtung verwendeten Flüssigkelten auf tiefen Temperaturen zu halten, ohne daß die Gefahr einer Erstarrung zu einern massiven Elsblock 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 Merkmale 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 Flg. 10 eine erhebliche Verkleinerung des freien VoIumens, 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 Flg. 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 Einrichtungen ermöglicht, eine ausreichende Kühlung zu bewirken, damit bei einern Verlust an Kühlmittel eine Überhitzung und gegebenenfalls das Schmelzen des Kernbrennstoffs vermieden wird. Bei einer dem vollen Druck ausgesetzten, im Trockenbetrieb arbeitenden Schutzvorrichtung benötigt man zu diesem Zweck einen übermäßig hohen Gegendruck.

Die Überführung von Dampf in die Überfiutungsbehälter 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 Kühlmittels im Durchschnitt etwa eine doppelt so große Energiemenge transportiert werden kann. Bei 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 verhindern.

Bei den bekannten Schutzvorrichtungen benötigt man aktive Kühlmitteleinspritzeinrichtungen, die dazu dienen, das Reaktorgefaß wieder mit Kühlmittel aufzufüllen. Wenn diese aktiven Einrichtungen versagen, kommt der Brennstoff Innerhalb weniger Minuten nach dem Auftreten jines Rohrbruchs und eines Kühlmittelverlastes in einem erheblichen Ausmaß zum Schmelzen.

Vergleicht man Flg. 12 mit Flg. 10, erkennt man, daß man beim Überströmen von Dampf zu den Überflulungsbehäliem mit einem erheblich geringeren Druckvolumen 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 Voluii.jn In der primären Umschließung begrenzt, so daß die Kühlmittelmasse, die in dem ersten Behälter bei dem höchsten Druck bei einem Betriebsunfall 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 Reaktorgefäß. In der Praxis setzt sich jedoch der größte Teil des abgeblasenen Kühlmittels aus einer flüssigen und einer dampfförmigen Phase zusammen, se daß Im Reaktor eine größere Flüssigkeitsmenge zurückgehalten wird, als man es nach Fig. 11 und 12 anzunehmen hätte. In Flg. 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 Tragkonstmktlonen 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 Drucksteigerungseinrichtung, die Einrichtungen zum Besprühen des Behälters, die Wasserleitungen, die Auslässe für heiße und kalte Flude sowie die \Uhlelnrlchtungen für die Behälter, zu denen Gebläse, Filter, Trockner, Kühlschlangen, Rohr-

leitungen, Meßgeräte und Regeleinrichtungen gehören, sind entweder außerhalb des primären Behälters angeordnet, oder es kann auf ihre Benutzung verzichtet werden. Weitere Hilfseinrichtungen, z. B. der Reaktorbaukran, die Brennstoffbeschlckungsbrücke 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 Wartungszwecken Innerhalb des Reaktorgebäudes jederzeit zugänglich sind. Außerhalb des ersten Behälters sind ferner die aus Massivbeton hergestellten Konstruktionen angeordnet, z. B. Innenwände, Zwischendecken, Tragkonstruktionen für Geräte, beispielsweise für Teile der Reaktorkühlanlage, die biologischen Abschirmungen, die Panzerungen zum Schutz gegen herumfliegende Trümmer, die Wände des Raums zum Beschicken des Reaktors mit Brennstoff, die Wände der Kanäle für den Brennstofftransport usw. und auch die Öffnungen von großem Druchmesser 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 Teile außerhalb des prlmären Behälters bildet ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen passiven Schutzvorrichtung.

Dadurch, daß die genannten Einrichtungen 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 Zeilen 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 verkleinert. Bei einer solchen Verkleinerung der Zylinderdurchmesser bei der Schutzvorrichtung auf ein Fünftel oder weniger ist es möglich, den bei einem Betrlebsunfall zulässigen Höchstdruck um das 5fache 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 Werte des Raumbedarfs sind im folgenden für verschiedene Konstruktionen zusammengestellt.

Voller Druck (Trockenbetrieb)

Beseitigung von Dampf mit Hilfe

von Eis

Beseitigung des Dampfes mit Hilfe

von Wasser

Passive Schutzvorrichtung

(Gegendruck 6,9 bar absolut)

73 900 m^!

34 00OrV¹ 7 87On' 2 83On^J

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Diese erhebliche Verringerung der Abmessungen d :r Schutzvorrichtung führt zu einer wesentlichen Erleichterung der Konstruktion einer passiven Schutzvorrichtung. Das In die erste Umschließung eingeschlossene kleine Luftvolumen läßt sich mit Hilfe der Dampflnjek-

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65 toren leicht Innerhalb voh 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 l/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 Wartungsarbeiten leicht dadurch ventilieren, daß man Rohrp.utzen 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 Behalter nur eine entsprechend kleinere Menge des Kühlmittels unterbringen, und hierdurch vergrößert sich die Menge des Kühlmittels, die in dem Reaktor zurückgehalten wird. Erhöht man den In dem Behälter herrschenden Gegendruck, vergrößert sich auch diejenige Menge des Kühlmittels, die In flüssiger Form vorhanden 1st; dies gilt sowohl für den Reaktor als auch den ersten Behälter, bei dem der Rauminhalt unveränderlich 1st. Da vorgesehen 1st, daß während des Abblasens von Kühlmittel bei einem Betriebsunfall Dampf In die Überflutungsbehälter überströmt, besteht ein größerer Spielraum bezüglich der Festlegung der Behältergröße und des Gegendrucks. Durch das Überströmen von Dampf in die Überflutungsbehälter wird ferner die Enthalpie des zurückbleibenden Kühlmittels verringert. Eine solche Verringerung der Enthalpie führt dazu, daß ein größerer Teil 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 Flg. 12 zugrunde.

Zu den weiteren Gesichtspunkten, die für die Festlegung 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 Überfluten der Schutzvorrichtung mit Überflutungsflüssigkeit derart, daß die Reaktorkühlanlage auf passivem Wege erneut mit Kühlmittel gefüllt wird. Bei der Bemessung des primären Schutzbehälters kann es erwünscht sein, mehr Raum für Prüf- und Wartungsarbeiten vorzusehen, als es sich mit der Forderung vereinbaren läßt, daß der Kernbrennstoff 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 e<nen Druck auszulegen, der niedriger ist, als es der Entwurf 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 vergrößeren, die bei dem niedrigeren Gegendruck verfügbar gehalten wird, um den Brennstoff vollständig untergetaucht zu halten.

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 radlolytlschem Wege entstandenen υ Sauerstoff zu beseitigen. Hierin besteht eine entscheidende Verbesserung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, gemäß welchem '.um 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 Flüssig- 25 ⁸· kelt Im Bereich der zum Reaktorgefäß führenden FaIIeI-tung verändert.

Die Verwendung der behandelten Flüssigkeit unter dem hydrostatischen Druck In den Nachfüllbehältern bietet einen weiteren Vorteil. Der hydrostatische Druck In den Nachfüllbehältern und der Berstdruck der Zerreißscheiben in den Dampfleitungen, die an die Sekundärseite der Dampferzeuger angeschlossen sind, können bei den verschiedenen Nachfüllbehältern variieren, so daß sich ein besseres Nachfüllen des Reaktorgefäßes erzielen läßt. Auch dieses Merkmal stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem bisherigen Stand der Technik dar, gemäß welchem ein Inertes Gas zum passiven Einspritzen von Flüssigkeit In das Reaktorgefäß benutzt wird. Jede Änderung des El.-isprltzdrucks oder des Druckverlustes In den zum Reaktorgefäß führenden Rohrleitungen führt zu Änderungen der Einspritzgeschwindigkeit und der Dauer des Einspritzvorgangs. Jede Änderung der Einspritzzelt führt weiterhin zu einer nachteiligen Beeinflussung der Flüssigkeltsdlchte bzw. des statischen Druckgefälles In der zum Reaktorgefäß führenden Falleltung, während sich die verschiedenen Akkumulatoren entleeren und die In jedem Behälter über der Flüssigkeit vorhandene Gasblase die Falleltung zum Reaktorgefäß passiert.

Die erfindungsgemäße passive Schutzvorrichtung bietet den geforderten Schutz, der es ermöglicht, eine unzulässige Steigerung der Temperatur des Kernbrennstoffs bei einem Verlust an Kühlmittel zu verhindern. 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 Wärmeübertragungskrelse 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 Schutzvorrichtungen, bei denen aktive Sicherungseinrichtungen vorhanden sind, treten die nachstehend aufgeführten Erscheinungen auf, die darauf zurückzuführen sind, daß der Kernbrennstoff während einer längeren Zeitspanne einem übermäßig hohen Temperaturanstieg ausgesetzt 1st:

Versprödung der Auskleidung aus einer Zlrkonleglerung;

Aufquellen des Brennstoffs als Ursache für Leitungsverstopfungen;

Schmelzen von hartgelöteten Verbindungen und Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt, z. B. Silber-lndlum-Kad.-nlum; Aufquellen von Elementen aus Borkarbid; Exothermische Reaktionen zwischen Metallen und Wasser oder Dampf;

Verbrennen des Wasserstoffs, der bei Reaktionen zwischen Metallen und Wasser frei wird; Reaktionen zwischen Uranoxid und der Zirkoniumlegierung;

S:hmelzen des Kernbrennstoffs unter Freisetzung großer Mengen an Spaltprodukten; und 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 Überdruck- 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 Schulzwirkung wird durch Zerreißscheiben geboten, die In begehbaren Kanälen Im Bereich der Einlasse der Dampferzeuger angeordnet sind. Diese Zerreißscheiben sind so konstruiert, daß sie bei einem bestimmten Druck bersten, der um 10% höher Hegt als der durch die für Kernkraftwerke durch die einschlägigen Vorschriften festgelegte höchstzulässige Betriebsdruck der Sicherheitsventile.

Beispielsweise führt ein Druckstoß, der den höchstzulässigen Betriebsdruck der Reaktorkühlanlape um 15 bis 20% überschreitet, zum Bersten der Zerreißscheiben In den begehbaren Kanälen. Dieser Vorgang führt zu einem sich auf geregelte Welse abspielenden Kühlmittelverlust in denjenigen Teilen der Reaktoranlage, bei denen dies am wenigsten zu Störungen Anlaß gibt. Der Reaktor wird durch Dampf aufnehmende Räume im Bereich der Reaktionszone geschützt, und er wird vollständig durch die das Neutronengift enthaltende Flüssigkeit abgestellt, die In das Reaktorgefäß aus den Nachfüllbehältern eingespritzt wird. Die übrigen Teile der passiven Schutzvorrichtung kommen während der gesamten Dauer der Betriebsstörung In der gleichen Welse 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 Reaktorkühlmittel überschreitet, jedoch niedriger 1st 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 zuti Nachahmen eines Kühlmittelverlustes in einem heißen Bereich (»hot leg«), während das Bersten einer Zerreißscheibe in einem Auslaßkanal dazu dient., einen KühlmltteNerlust in einen? 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 sind.

Hierbei handelt es sich erstens um Betriebsstörungen, die Im Bereich der Reaktorkühlanlage zu einem zu hohen Druck führen. Hierzu gehören ein unkontrolliertes Zurückziehen der Regelstabbaugruppe, ein plötzliches Fressen des Läufers einer Reaktorkühlmittelpumpe, das zum Ausfallen dieser Pumpe führt, ein Verschwinden der äußeren Last und dergleichen. Kraftbetätigte Druckentlastungsventile, die der Drruurrruckstelgerungselnrlchtung zugeordnet sind, ermöglichen es, ein Abblasen zu dem Tiefbrunnen zum Zweck 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. Dampfschnellablaßventile ermögliehen 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-Lelstung der Füllpumpen überschritten wird, die zu den Einrichtungen zum Handhaben von Chemikalien und zur Volumenregelung gehören. Ferner bietet die passive Schutzvorrichtung einen Schutz bei Undichtigkeiten, die sich !m Laufe der Zelt verändern, und bei denen es sich z. B. um einen Haarriß handelt, durch den zunächst nur kleine Flüssigkeitsmengen entweichen, der sich jedoch möglicherweise schnell zu einem vollständigen Rohrbruch auswächst.

Zu dem primären Behälter gehören Einrichtungen, die es ermöglichen, das Auftreten eines Verlustes an Kühlmittel sowie die Lage der Leckstelle schnell nachzuweisen, bevor sich die Bruchstelle vergrößern kann. Diese Einrichtungen dienen unter anderem dazu, das aus der Umschließung abgesaugte Flud am Einlaß der Vakuumpumpe zu kondensieren und zu filtrieren. Das abgesaugte Flud 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 ZsIIe für das Reaktorgefäß und die unterreereren und oberen Kammern der Pumpenzellen versehen sind. An jeder Ablaufstelle befinden sich Elektroden zum Nachwelsen 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 Wasserabdichtungen an den aus der Schutzvorrichtung herausgeführten Rohrleitungen sowie dadurch, daß die verschiedenen Durchbrüche 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 Nachwelsen 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, lassen sich diese Außenflächen daher schnell überprüfen. Da keine Wärmeisolierung vorhanden Ist, 1st es ferner möglich, während des Reaktorbetriebs eine Fernüberwachung mit Hilfe von Fernsehkameras, Boroskopen und dergleichen durchzuführen.

Es ist zu bemerken, daß das Vorhandensein eines kleinen, nach außen abgeschlossenen freien Raums in dem ersten Schutzbehälter das Überfluten 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. Da die Reaktorkühlanlage keine Wärmeisolierung 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 Fluss gkeit auf einer niedrigen Temperatur zu halten, so daß die Überflutungsflüsslgkeit 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 Tage lang ein erhöhter Druck aufrechterhalten wird.

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 radiolytlschem Wege freigesetztem Wasserstoff verhindert wird. Dieser Wasserstoff entsteht durch die Zersetzung von Wasser durch die im Reaktorgefäß vorhandene Gammastrahlung von hoher Intensität. Das Verbrennen des Wasserstoffs 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 Konzentration des Sauerstoffs, der In der Überflutungs- und Nachfüllflüssigkelt gelöst ist, wird durch eine mechanische Entlüf-

tung sowie durch eine chemische Entlüftung unschädlich gemacht, da hierdurch auch die letzten Spuren von gelöstem Sauerstoff beseitigt werden; außerdem wird der Überflutungsflüsslgkeit eine Menge des chemischen Entlüftungsmittels beigefügt, die ausreicht, um die Überflutungsflüsslgkelt vollständig von dem auf radlolytlschem Wege freigesetzten Sauerstoff zu befreien; beispielsweise ist zu diesem Zweck Natriumsulfit 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 radlolytlschem Wege freigesetzten Sauerstoffs und des Wasserstoffs wird verhindert, um das Auftreten einer entgegengesetzten Reaktion zu fördern, be! der die rad!o!yt!sch erzeugten Gase wieder gebunden werden; weiterhin bewirkt die niedrige Temperatur, daß der radlolytlsch entstandene Wasserstoff unter seiner Entflammungstemperatur gehalten wird.

Die Überfluiungsflüsslgkelt enthält chemische Zusatzstoffe, um das Lösen der Spaltprodukte zu fördern, so daß Gewähr dafür besteht, daß sie zurückgehalten werden. Eine alkalische Boratlösung, die Natriumthlosulfat enthält, bewirkt, daß Jodverbindungen zurückgehalten werden. Ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung von Alkalien besteht darin, daß sie den pHh-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-Brüterreaktoren 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 Welse 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 Lelchtwasser-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 Kühlmlttelveriustes zu schützen und insbesondere nach einem Betriebsunfall die entstehende Wärme zu beseitigen. 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 Beschreibung ist die Erfindung von umfassender Bedeutung; im Rahmen der Erfindung lassen sich verschiedene Abänderungen vorsehen.

Beispielswelse 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 KUhltelch angeordnet Ist.

Weiterhin Ist es möglich, bei dem Tiefbrunnen auf die Verwendung einer zur Wärmeübertragung dienenden Kopplungsflüsslgkelt und des zweiten Satzes von Wärmetauscheranordnungen zu verzichten; bei einem Verlust an Kühlmittel wird dann fühlbare Wärme aus der Überflutungsflüsslgkelt auf direktem Wege über den ersten Satz von Wärmetauscheranordnungen an das Wasser In dem Kühlteich abgegeben.

Schließlich Ist es möglich, 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 mitgeführten nicht kondensierbaren Stoffe über die Überdruckventile der Überflutungsbehälter an den Tiefbrunnen abgegeben werden.

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Kraftwerlcsanlage mit einer Reaklorbaugruppe, die einen Kernbrennstoff enthaltenden Reaktorkern aufweist, mindestens einem Dampferzeuger, der Ober eine erste Verbindung mit der Reaktorbaugruppe verbunden und von einem Reaktorkühlmittel von hoher Temperatur und hohem Betriebsdruck durchströmbar 1st, der unter normalen Bedingungen im wesentlichen konstant Ist, sowie mit mindestens einem Behälter für Kühlflüssigkeit, der über erste Rohrleitungen mit der Rsaktorbaugruppe verbunden, einem unter dem Betriebsdruck des Reaktorkühlmittels liegenden Druck ausgesetzt und mit dem Reaktor und dem Dampferzeuger innerhalb einer abdichtenden Umschließung angeordnet 1st, wobei die ersten Rohrleitungen der Reaktorbaugruppe die unter Druck stehende Kühlflüssigkeit immer dann zuführen, wenn durch unfallbedingten Verlust an Reaktorkühlmittel dessen Betriebsdruck ausreichend verringert und ein zweiter vorbestimmter Druckunterschied zwischen der Kühlflüssigkeit und dem Reaktorkühlmittel in der Reaktorbaugruppe herbeigeführt Ist, der kleiner Ist als der erste Druckunterschied zwischen der Kühlflüssigkeit und dem unter normalem Betriebsdruck stehenden Reaktorkühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Rohrleitungen (137) den Dampferzeuger (104) mit dem Kühlfiüsslgkeltsbehälter (114) verbinden, und daß nach Erreichen eines dritten vorbestimmten Druckunterschieds zwischen der Kühlflüssigkeit und dem Dampf In dem Dampferzeuger (104) unter einem verhältnismäßig hohen Druck stehender Dampf dem Kühlflüsslgkeltsbehaiter (114) durch die zweiten Rohrleitungen (137) zugeführt wird, um auf die Kühlflüssigkeit eine Pumpkraft aufzubringen, damit der den Brennstoff des Reaktorkerns enthaltende Teil der Reaktorbaugruppe (102) vollständig gefüllt wird.

2. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlflüssigkeltsbehälter (114) normalerweise geschlossen Ist und als Kühlflüssigkeit Wasser mit einem Neutronengift enthält.

3. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Neutronengift in einer solchen Konzentration vorhanden ist, daß dann, wenn der Dampf aus dem Dampferzeuger (104) die Kühlflüssigkeit aus dem Kühlflüsslgkeltsbehälter (114) verdrängt, um dasjenige Volumen der Reaktorbaugruppe (102), welches den Brennstoff und den Reaktorkern enthält vollständig zu füllen, die ausreichende Konzentration an Neutronengift aufweist.

4. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kühlflüsslgkeltsbehaiter (114), den ersten Rohrleitungen (132) und den zweiten Rohrleitungen (137) Dampfstrahl-Injektordüsen (135) In Verbindung stehen, so daß beim Hindurchströmen von Dampf durch die zweiten Rohrleitungen und die Dampfstrahl-Injektordüsen Kühlflüssigkeit aus dem Behälter (114) ausströmt und durch die Dampfstrahl-Injektordüsen (135) den ersten Rohrleitungen (132) zugeführt wird.

5. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kühlflüsslgkeltsbehälter (114) und dem Dampferzeuger

(104) dritte Rohrleitungen (142) vorgesehen sind, die bei Überschreiten eines vorbestimmten Höchstdrucks des Dampfes im Dampferzeuger dem Behälter (114) Dampf zuführen.

6. Kernreaktor-KraftwerksarJage nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Rohrleitungen (142) durch auf Druckänderungen ansprechende Ventile (143) geschlossen gehalten werden, solange der Dampfdruck den vorbestimmten Höchstdruck nicht überschreitet.

7. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Rohrleitungen (137) durch auf Druckänderungen ansprechende Einrichtungen (139) geschlossen gehalten werden, bis der vorgenannte dritte Druckunterschied erreicht 1st.

8. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Druckänderungen ansprechenden Einrichtungen Zerreißscheiben (139) aufweisen.

9. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Durchsatzmenge des vom Dampferzeuger (104) durch die zweiten Rohrleitungen (137) zu dem Kühlflüssigkeltsbehälter (114) strömenden Dampfes durch im Bereich der Schallgeschwindigkeit arbeitende, in die zweiten Rohrleitungen (137) eingeschaltete Drosseln (138) bestimmt wird.

10. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit Im Kühlflüsslgkeltsbehaiter (114) auf eine tiefe Temperatur gekühlt Ist, bei der sie jedoch noch flüssig ist.

11. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit entlüftet und damit von eine Wasserstoffexplosion unterstützendem freien Sauerstoff Im wesentlichen vollständig befreit ist.

12. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Innerhalb der Umschließung (116, 101, 103, 105, 107, 109, Ul, 113, 115, 118 und 119) ein Überflutungsbehälter (117) mit einer zweiten Kühlflüssigkeit vorhanden Ist, der durch dritte Leitungen mit dem Inneren der Umschließung verbunden Ist, daß den dritten Leitungen auf Druckänderungen ansprechende Einrichtungen zugeordnet sind, die eine Strömungsverbindung Immer dann herstellen, wenn im Inneren der Umschließung ein vorbestimmter erhöhter Druck als Folge eines Entwelchens von Reaktorkühlmittel In das Innere der Umschließung auftritt, so daß das zweite Kühlmittel in das Innere der Umschließung ausströmt und In Wärmeaustausch mit der Reaktorgruppe (102) tritt.

13. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauminhalte der Umschließung (116, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 118 und 119) und der Reaktorbaugruppe (102) sowie die Mengen der ersten Kühlflüssigkeit und der zweiten Kühlflüssigkeit so gewählt sind, daß Im Inneren der Umschließung, nach dem Ausströmen der ersten und zweiten Kuhlflüssigkeiten, Unterdruck herrscht.

14. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere getrennte Kühlflüsslgkeitsbehälter (114), die jeweils durch erste Rohrleitungen (132) mit der Reaktorbaugruppe (102) verbunden sind, und mehrere Dampferzeuger (104) vorhanden sind, die jeweils durch die zweiten Rohr-

leitungen (137) mit dem zugehörigen Kühlflüssigkeitsbehälter (114) verbunden sind.

15. Kernreaktor-Kraftwerksanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktorbaugruppe (102) während des normalen Betriebs vom Reaktorkühlmittel durchströmte Einlaß- und Auslaßeinrichtungen (112) aufweist an welche die ersten Rohrleitungen (132) angeschlossen sind.