DE2634294A1

DE2634294A1 - Kernreaktoranlage

Info

Publication number: DE2634294A1
Application number: DE19762634294
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl Ing Schabert
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-07-30
Filing date: 1976-07-30
Publication date: 1978-02-02
Also published as: GB1549471A; CH622054A5; DE2634294B2; US4277309A; FR2360155A1; JPS5316187A; DE2634294C3

Description

KRAFTWERK ΌΗΙΟΗ MTISNGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Kernreaktoranlage

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage mit einem dichten Betonbehälter, der mindestens zum Teil in Erdreich eingelassen ist, das eine grundwasserdurchlässige Schicht und eine weitgehend undurchlässige Schicht umfaßt, die die untere Grenze der grundwasserdurchlässigen Schicht bildet. Der Betonbehälter kann das Reaktorgebäude eines Kernkraftwerkes sein, denn die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die sogenannte Hügelbauart von Kernkraftwerksanlagen, wie sie in der Zeitschrift ¹¹ Atomwirtschaft¹¹ Juli/August 1975, Seiten 364 und 365 beschrieben ist. Der Betonbehälter kann aber auch eine Fabrik zur Aufarbeitung verbrauchter Brennelemente oder nur ein Lager für diese einschließen sowie kerntechnische Labors oder dergleichen.

In der genannten Zeitschrift ist zwar angeführt, daß eine schädliche Beeinflussung des Grundwassers vermieden werden kann. Vie dies im einzelnen zu erreichen ist, ist jedoch offen gelassen. Deshalb sucht die Erfindung eine günstige Lösung für die vorgenannte Aufgabe.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß im Erdreich eine den Betonbehälter umgebende Wand angeordnet ist, die mindestens bis zu der undurchlässigen Schicht reicht, und daß der von der Wand eingeschlossene Teil der grundwasserdurchlässigen oder grundwasserführenden Schicht über eine Pumpe und ein Filter, das AktivitätstrSger abzutrennen gestattet, mit dem Teil außerhalb der Wand verbunden ist. Wenn mehrere grundwasserdurchlässige und undurchlässige Schichten übereinander im Erdreich vorhanden

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sein sollten, ist mit der wasserundurchlässigen Schicht vorzugsweise die oberste Schicht gemeint, die nicht durch das Fundament des Betonbehälters durchbrochen ist.

Unter der genannten Voraussetzung erreicht man mit der Erfindung, daß in dem von der Wand eingeschlossenen Raum ein niedrigeres Grundwasserniveau als außerhalb der Wand herrscht. Deshalb wird sich eine Grundwasserströmung, soweit sie auf Grund von Undichtigkeiten der Wand oder Schicht überhaupt zustande kommen kann, nur von dem außerhalb der Wand gelegenen Raum in das Innere einstellen, so daß Radioaktivität, die hypothetisch nach einem Störfall aus dem Betonbehälter ausgetreten sein könnte, nicht mit dem Grundwasser verschleppt werden kann. Der hierfür erforderliche Aufwand ist relativ gering, sicher jedenfalls nicht größer, als wenn man etwa daran denken würde, einen vollständigen Einschluß durch eine absolut undurchlässige Wand des Reaktorgebäudes zu erreichen. Darüber hinaus bleibt die mit der Erfindung vorgenommene Einschließung der Radioaktivität selbst dann noch wirksam, wenn man damit rechnet, daß unter den schlimmsten Annahmen ein Unfall mit Kernschmelze eintreten könnte, bei dem Kernschmelze durch das Reaktorgebäude in den Erdboden gelangt. Hier bildet der von der Wand eingeschlossene Bereich einen sogenannten ⁿ core-catcher".

Die Pumpen brauchen bei der Erfindung nur dann in Betrieb genommen zu werden, wenn überhaupt die Gefahr besteht, daß radioaktives Grundwasser aus dem von der Wand eingeschlossenen Raum austreten könnte. Dies bedeutet also, daß die Pumpen im normalen Betrieb, bei dem ja der Betonbehälter als mindestens einschaliger Einschluß der aktivitätsführenden Teile dicht sein soll, überhaupt nicht arbeiten. Natürlich ist es auch denkbar, daß man schon im Normalbetrieb einen gewissen Unterschied der Grundwasserspiegel innerhalb und außerhalb der Wand aufrechterhält. Außerdem kann man das Arbeiten der Pumpen davon abhängig machen, daß die Radioaktivität des geförderten Grundwassers bestimmte Grenzwerte nicht übersteigt, weil die Kapazität der Filter aus wirtschaftlichen Gründen nicht beliebig groß gemacht werden wird. Für diesen Fall wird man also keinen künstlichen Grund-

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wasserstrom aus dem Ringraum heraus erzeugen, sondern sich auf die Rückhaltefähigkeit der Wand beschränken, auch wenn diese begrenzt ist.

Bei einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung sind zwei konzentrische Wände vorgesehen, die eine Ringzone einschließen, an die die Pumpe angeschlossen ist. Hier wird mit dem Abpumpen zwar auch der Grundwasserspiegel im Inneren der Inneren der beiden Wände abgesenkt. Die innere Wand sorgt aber gleichzeitig dafür, daß sich ein Unterschied im Aktivitätsniveau ausbilden kann, der für die Auslegung der Filter günstig ist. Da an dieser inneren Wand in diesem Fall kein Grundwasser-Differenzdruck ansteht, ist der Austrag von Radioaktivität durch diese Wand besonders klein.

Wie schon eingangs gesagt, ist die Erfindung besonders für Anlagen der Hügelbauweise von Interesse, bei denen durch den Hügel dafür gesorgt ist, daß der Austritt von Radioaktivität ins Freie weitgehend oder vollständig unterbunden ist. Für diesen Fall wird die Wand so ausgebildet, daß sich der Hügel über die Wand erstreckt. Damit wird einmal vermieden, daß die Wand etwa durch Einwirkungen von außen an einer Stelle verletzt werden kann, andererseits ist aber auch sichergestellt, daß unter Umständen entstehende radioaktive Gase und Dämpfe nur in den Hügelbereich gelangen können, der für das Auffangen besser geeignet ist als die normale Erdoberfläche.

Innerhalb des Hügels sollte sich die Wand bis zur ursprünglichen Erdoberfläche erstrecken, wenn sie nicht sogar weitergeführt wird, zum Beispiel in der Weise, daß der Hügel quasi einen Deckel für den von der Wand eingeschlossenen Bereich bildet. So können vorteilhaft Schichten unterschiedlicher Durchlässigkeit im Hügel eine das Reaktorgebäude einschließende ein- oder doppelwandige Glocke bilden. Die Schichten können durch Kunststoffolien begrenzt sein, um eine absolute Flüssigkeitsdichtigkeit und eine weitgehende Gasdichtigkeit zu erhalten. Als flüssigkeitsdicht können aber auch Tonschichten angesehen werden, die gegenüber Kunststoffeinschlüssen den Vorteil der Selbstheilung und Tempe-

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raturbeständigkeit aufweisen.

Die Wand kann dagegen vorteilhaft aus Bentonit bestehen. Dies ist ein natürliches Mineral, das pulverförmig mit Wasser in vorgegebene Ausnehmungen, die die Form der Wand bestimmen, eingefüllt wird. Solche die Wand bestimmenden Ausnehmungen können nicht nur bis zur Oberfläche der vorstehend angesprochenen obersten, wasserundurchlässigen Schicht reichen, sondern auch in diese hinein.

Die Schichten unterschiedlicher Durchlässigkeit des Hügels, die an die mit der Wand abgetrennten Bereiche im ursprünglichen Erdboden angeschlossen sind, ermöglichen unter Umständen einen gasdichten Einschluß, mit dem auch gasförmige Schadstoffe zurückgehalten werden können. Zu diesem Zweck kann man eine ähnliche Absaugung wie für das Grundwasser vorsehen, um etwa einen Unterdruck aufrechtzuerhalten. Dabei kann es günstig sein, wenn man die Randflächen des dichteren Materials beim Errichten des Hügels verfestigt, um die Dichtigkeit zu verbessern. Diese Dichtigkeit kann man dadurch schützen, daß man die Hügeloberfläche über einer Tonschicht mit Betonplatten oder Felsblöcken pflastert und befestigt.

Das mit dem Innenraum der Wand in Verbindung stehende Volumen des Hügels kann durch Trennwände in mindestens zwei Zonen unterteilt sein. Man kann dadurch unterschiedliche Entlastungsmöglichkeiten schaffen, die insbesondere eine Zerstörung des Betonbehälters verhindern helfen, wie später noch näher erläutert wird. Solche Trennwände sollten mit Hilfe von Ton wasser- und weitgehend gasdicht ausgebildet sein. Beide Zonen können, wie schon ausgeführt, mit dem von der Wand eingeschlossenen Teil des Erdreichs in Verbindung stehen, damit Aktivitätsträger, die etwa durch Regenwasser aus den beiden Zonen nach unten gespült werden, mit Sicherheit in dem von der Wand eingeschlossenen Teil aufgefangen werden und nicht in das allgemeine Grundwasser gelangen. Dabei kann man besondere Pumpen vorsehen, die Leckoder Regenwasser aus der inneren Zone in das Reaktorgebäude

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zurUckpumpen, damit es dort zum Abklingen der Radioaktivität gelagert oder zu Zwecken der Notkühlung eingesetzt werden kann.

Bei Kernreaktoranlagen der Hügelbauweise gibt es Stollen, die zum Reaktorgebäude führen. Diese durchlaufen bei der Erfindung mindestens zwei flüssigkeitsdichte Trennwände, und sie sind an den Durchführungsstellen verschließbar. Dadurch gelingt es, den gewünschten aktivitätsdichten Einschluß auch dann sicherzustellen, wenn etwa bei kriegerischen Handlungen nicht mehr mit der Unverletztlichkeit einzelner Stollenabschlüsse gerechnet werden kann.

Bei der vorstehend genannten Unterteilung des Erdboden- und Hügelvolumens in mindestens zwei Zonen kann man in der einen Zone noch eine Pumpenanlage mit Filter anordnen, die Grundwasser aus der anderen Zone über die Filter in diese Zone fördert. Damit kann es möglich sein, die eine Zone als Bereich geringerer Aktivität zu erhalten. In diesen Bereich können zum Beispiel die Zugänge zum Reaktorgebäude gelegt werden, außerdem kann man dort Not- und/oder Nachkühlelnrichtungen unterbringen, die dann auch im Fall von Störungen noch zugänglich sind, wenn andere Teile des Hügels bereits radioaktiv sind. Dabei ist es wichtig, daß die Oberfläche des Hügels eine Tonschicht umfaßt, mit einer mechanisch festen Schicht überdeckt ist und daß diese Tonschicht einen flüssigkeitsdichten Anschluß ah die Wand aufweist, um die Aktivität in einem vorgegebenen und kontrollierbaren Bereich zu halten.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in den beiliegenden Figuren gezeichnet ist. Dabei zeigt Fig. 1 eine Ansicht einer Kernreaktoranlage in HUgelbauweise als Ganzes. Die Fig. 2 und 3 zeigen in etwa 4-fach kleinerem Maßstab Vertikalschnitte, deren Verlauf aus dem in Fig. 4 gezeichneten Grundriß ersichtlich ist. Fig. 5 läßt in schematischer Darstellung den Verlauf verschiedener Leitungen zur Kühlung, Lüftung usw. erkennen.

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In Fig. 1 ist in einem sehr großen Maßstab von zum Beispiel 1 : 5000 dargestellt, daß eine Kernreaktoranlage in einen Hügel 1 untergebracht ist, der über dem natürlichen Erdboden 2 zu einer Höhe von zum Beispiel 55 m aufgeschüttet ist und die aktivitätsführenden Teile einschließt. Die Kernreaktoranlage erzeugt Dampf, der in elektrische Energie umgewandelt wird. Dies geschieht in einer Maschinenhalle 3· Die dabei entstehende Abwärme wird in einem Kühlturm 4, der auch ein Trockenkühlturm sein kann, an die Atmosphäre abgegeben.

Die Reaktoranlage umfaßt einen Druckwasserreaktor für zum Beispiel 1200 MWe entsprechend etwa 3800 MW_th. Ihre aktivitätsführenden Komponenten, d.h. der Primärkühlkreis, sind in einer Sicherheitshülle 5 eingeschlossen, die als Stahlkugel ausgeführt ist, wie zum Beispiel aus der KWU-Broschüre "Druckwasserreaktor" vom Mai 1975, Bestell-Nr. 295, an sich bekannt ist. Die Stahlkugel 5, die einen ersten dichten Einschluß bildet, ist ihrerseits von einem Betonbehälter 6 eingeschlossen, der der sogenannten Sekundärabschirmung bei bekannten Anlagen entspricht und als Zentralzelle mitten im Hügel 1 liegt. Das Volumen der Zentralzelle beträgt 210 000 m3. Der Ringraum 7 zwischen der Stahlkugel 5 und dem Betonbehälter 6 enthält Hilfs- und Nebenanlagen, wie durch einen Flutwasserbehälter 8 angedeutet ist (Fig. 2).

Wie man sieht, ist der Betonbehälter 6 in das Erdreich 9 unter die Oberfläche 2 eingelassen. Der Betonbehälter ragt mit seinem Fundament 10 unter den natürlichen Grundwasserspiegel 11 in der wasserdurchlässigen Sand- oder Kiesschicht 12 des Erdreichs 9. Der Grundwasserstand ist dabei durch die Oberseite 13 einer wasserundurchlässigen Mergelschicht 14 bestimmt.

In das Erdreich 9 sind zwei Ringwände 15 und 16 eingelassen, die den als Rotationskörper ausgeführten Betonbehälter 6 konzentrisch umgeben. Die Wände 15 und 16 ragen zum Beispiel gleichmäßig 10 m tief in die wasserundurchlässige Schicht 14 und reichen oben, wie insbesondere die Fig. 3 zeigt, bis zur Ober-

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fläche 2 des Erdreichs 9. Sie bestehen aus einer beispielsweise 0,6 m dicken Bentonitschicht, die als wasserundurchlässig gelten kann.

Die Wände schließen einen auch als Ringzone bezeichneten Zwischenraum 17 zwischen sich und einen den Betonbehälter 6 aufnehmenden Innenraum 18 ein. Der Innenraum 18 steht mit einem den größten Teil des Hügels 1 ausmachenden wasser- und gasdurchlässigen Kiesvolumen 19 in Verbindung. Von diesem Teil des Hügels 1 ist der Betonbehälter 6 lediglich durch eine zum Beispiel 3m dicke Tonschicht 20 abgetrennt, die als Kappe auf dem oberen Bereich 21 des Betonbehälters 6 sitzt. Die Kappe 20 sorgt dafür, daß auch bei Rissen des Betonbehälters Gase oder Flüssigkeiten nicht unmittelbar unter der Kuppe 22 des Hügels 1 austreten können, weil sie nur unterhalb des Kappenrandes in die unteren Bereiche des Hügels gelangen, so daß sie vor dem Austreten ins Freie das gesamte Hügelvolumen als Filter passieren müssen.

Auf dem Kiesvolumen 19 sitzt eine den oberen Bereich des Hügels bildende Tonschicht 23, die ebenfalls eine Stärke von 3 oder 4m haben kann. Die Tonschicht 23 erstreckt sich über die gesamte Oberfläche des Hügels 1 bis zu seinem Rand 24, wo die Tonschicht 23 auf den Erdboden 2 trifft. Sie bildet einen selbstheilenden gasdichten Abschluß für das gasführende Kiesvolumen 19. Ihre mechanische Unverletzlichkeit wird durch eine 1 bis 2m dicke Betonschicht (Zerschellerschicht) 25 hergestellt, die mit einem Fundamentring 26 im Erdreich 9 verankert ist. Die Zerschellerschicht 25 kann unter Umständen auch aus Steinen oder einzelnen Betonelementen zusammengefügt oder aufgeschüttet sein, denn es kommt vor allem darauf an, daß sie unmittelbare äußere Einwirkungen auf die Tonnchicht 23 verhindert.

Der Grundriß nach Fig. 4 läßt erkennen, daß das Kiesvolumen 19 im Hügel 1 durch eine aus Ton bestehende, 3m dicke vertikale Trennwand 27 in zwei verschieden große Zonen 28 und 29 unterteilt ist. Die größere Zone 28 umschließt den Betonbehälter 6, denn die Wand 27 ist mit einem Bogen 30, der im Grundriß zwi-

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sehen den Wänden 15 und 16 verläuft, um den Betonbehälter herumgeführt.

Die kleinere Zone 29 enthält sämtliche Zugänge, die durch den Hügel 1 zum Betonbehälter 6 führen. Zu diesen zählt einmal ein Haupt3tollen 31, der an der in die Sicherheltuhillle 5 führenden Materialschleuse 32 endet. Der Haupts to ilen 31 wird nur für den bei Reparaturen erforderlichen Transport von Großkomponenten benötigt. Er ist deshalb im Normalbetrieb durch Sperriegel 33 aus Beton verschlossen, die in die Betonwand 34 des Hauptstollens 31 eingelassen sind. Der verbleibende Raum ist mit Ton aufgefüllt, wie die Fig. 2 und 4 zeigen.

Der Hauptstollen 31 steht über einen abgewinkelten Neben-'itollen 35 mit dem HUgelrand 24 in Verbindung. Zu diesem sind Verschlüsse 36 vorgesehen, die eine Sperrung des Stollens bei Bedarf ermöglichen. Dio Verschlüsse umfassen Zylinder 37 mit einer Durchgangsöffnung 38, die durch Verdrehen um 90° gegenüber der gezeichneten Lage versperrt werden kann. Ferner schließt sich an den Hauptstollen 31 ein Nebenstollen 39 an, der in den Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 führt. Auch dieser Nebenstollen enthält einen Verschluß 40 in Form eines drehbaren Zylinders mit einer Durchgangsöffnung.

An den Hauptstollen 31 ist noch ein weiterer Nebenstollen 41 angeschlossen, der über einen Verschluß 42 zu einem Notstandsgebäude 43 führt. Das Notstandsgebäude ist ein fester Betonbau und enthält in geschotteten Einzelkaaimem 44 die für den Notbetrieb erforderlichen Notstandsaggregate, zum Beispiel Notstromdlesel und NotkUhleinrichtungen, soweit diese nicht im Ringraum 7 angeordnet sind.

In zwei weiteren Kammern 45 des Notstandsgebäudes ist Je eine Pumpeinrichtung mit Filterstation angeordnet, wie aus Fig. 3 näher ersichtlich wird. Die Kammern 45 ragen, wie Fig. 4 zeigt, über die an dieser Stelle ausgebuchtete äußere Wand 15. Deshalb kann eine mit einem Schacht 46 umgebene Tauchpumpe 47

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hup dnir ZvH 55cbenraum 17 Grundwasser ansaugen und über die FiI-ter.'iiation 40 in den Raum außerhalb dor Wond .1.·? drücken. Dadurch rrgiM'· sich in den Räumen 17 und 18 ein niedrigerer Grundwasser r spie.eel 49. Dieser "Unterdruck" verhindert, daß etwaige Radioaktivität mit dem Grundwasser aus dem mit der Wand 15 umschlossenen Bereich herausgespült werden könnte. Die Filterstation 48, die Drahtfilter, Zellulosefliter und Aktivkohlefilter umfassen kann, sorgt für die gewünschte Reinheit des nach außen geförderten Wassers.

Die Filterstation 4ß kann auch dann benutzt werden, wenn mit einer weiteren Leitung 50 Grundwasser gefördert werden soll, die durch einen schrägen Schacht 51 in den Innenraum führt. So kann man aus dem Innenraum 18 in den außerhalb der Wand 15 gelegenen Teil des Erdreichs 9 Grundwasser pumpen, das durch die Filterstntion 48 läuft. Die Leitung 50 kann außerdem dazu dienen, aus dem Ringraum 17 in den Innenraum 13 zu pumpen, wenn eine Überlastung der Filter die Abgabe aktivitätsfreien Wassers nach außen verhindern sollte. Dies könnte jedoch nur bei einem völlig unwahrscheinlichen schweren Störfall eintreten, wenn der Reaktorkern durch den Betonbehälter hindurchschmelzen sollte.

Beim Aupführungsbeispiel ist angenommen, daß der Primärkreis des Druckwasserreaktors im Inneren der Sicherheitshülle 5 vier Dampferzeuger umfaßt. Von diesen gehen via^ Dampfleitungen 52, 53» 54 und 55 aus, wie in Fig. 4 zu sehen ist, die mindestens im Ringraura 7 als Doppelleitungen ausgeführt sind und durch ge- - trennte Stollen 56 von dem Betonbehälter 6 zur Maschinenhalle führen. Die Stollen werden von Betonröhren gebildet, die im Erdreich schwimmen und über elastische Dichtungen flexibel verbunden sind. Sie sind abgewinkelt ausgeführt, um eine unmittelbare Einwirkung von außen auf den Betonbehälter 6 zu vermeiden. Außerdem sind im Bereich von Schikanen 57, die auch zur Ab-Stützung und Festlegung der Dampfleitungen dienen, kleinere Verschlüsse 58 vorgesehen, mit denen der zur Kontrolle der Leitungen 52 bis 55 dienende begehbare Teil der Stollen 56 abgesperrt werden kann. Parallel zu den Frischdampfleitungen 52 bis 55 wer-

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den Speisewasserleitungen 59 durch die Stollen 56 geführt, wie in Fig. 2 angedeutet ist.

Die Stollen 56 für die Verbindungsleitungen 52 bis 55 und 59 verlaufen ebenso wie der Hauptstollen 31 und die Nebenstollen 35, 39 und 41 ausschließlich durch die Zone 29. Im Verlauf der Stollen 56 liegt an dem dem Betonbehälter 6 zugekehrten Ende unmittelbar an der Trennwand 27 jeweils eine Betonzelle 60. Die vier Betonzellen 60 sind gleich ausgebildet und ausgerüstet. Es handelt sich um druckfeste Schalenbauwerke in Form eines vertikalen Zylinders mit halbkugelförmiger Decke, die für einen Innendruck von 15 bar ausgelegt sind. Ihr Volumen beträgt mit 1700 m3 nur 1/120 des Volumens des Betonbehälters 6. Betonzellen 60 und Stollen 56 liegen oberhalb des Grundwasserspiegels 11, so daß auch die elastisch abgedichteten Verbindungsöffnungen grundwasserfrei bleiben. Zugleich ist durch konische Befestigungspunkte der als Doppelleitungen ausgeführten Druckleitungen 52 bis 55 und 59 für eine druckfeste Schottung im Bereich der Betonzellen 60 gesorgt.

Die Betonzellen 60 enthalten als Nebenzellen getrennt von dem Betonbehälter 6 die für den Betrieb der Anlage notwendigen Armaturen, die weitgehend an dem genannten Befestigungspunkt angebracht sind, wie zum Beispiel in der Patentanmeldung P 25 31 168.6

>5 näher beschrieben ist. Zu diesen zählt ein als Eckventil ausgebildetes Absperrventil 61 im Zuge der Dampfleitungen 52 bis 55, an das ein Sicherheitsventil 62 angeschlossen ist. Von dem Sicherheitsventil 62 führt eine Ausblaseleitung 63 aus der Nebenzelle 60 zu einer Kiesschüttung 64, die, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, über die eine Seite der Zone 29 reicht und mit jeder der Nebenzellen 60 in Verbindung steht. In die Kiesschüttung 64 führen ferner von Rohren 65 gebildete Auslaßöffnungen mit einem Querschnitt von 5 m², die mit Membranen 66 verschlossen sind. Dadurch ist eine Entlastung etwa bei einem Bruch der 70 bar-Frischdampfleitung in der Nebenzelle soweit sichergestellt, daß ihr zulässiger Innendruck nicht überschritten wird. Über die Leitung 63 kann bei Störfällen auch aktivitatsführender Dampf aus dem Sicherheitsventil 62 zur. Entlastung-abgefahren werden.

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Jeder der Nebenzellen 60 ist in gleicher Weise ein Tiefbrunnen 67 zugeordnet. Aus diesem kann aktivitätsfreies Grundwasser mit einer Pumpe 68 angesaugt werden, das einem sogenannten Tertiärverdampfer 69 zugeführt wird. Die Tertiärverdampfer 69 können mit Frischdampf (Sekundärdampf) aus den Leitungen 52 bis 55 beaufschlagt werden. Deshalb kann mit den Tertiärverdampfern 69 Wärme abgeführt werden, wenn die normale Wärmesenke der Turbinen und auch die Anlagennachkühlung ausfallen sollte. Da diese Wärmeabfuhr über die Tertiärverdampfer von dem Sekundärkreis des Kernreaktors getrennt ist, kann der Dampf über eine Ausblaseleitung 70 mit einem Absperrventil 71 unmittelbar ins Freie zu einem Schalldämpfer 72 auf der Hügeloberfläche abgegeben werden, weil keine Aktivität ausgetragen werden kann. Für die stoßartige Abfuhr kleinerer Wärmemengen aus dem Sicherheitsventil 62 kann man auch in jeder der Nebenzellen 60 einen Abblasetank anordnen, der in bekannter Weise teilweise mit Wasser gefüllt und zur Dampfkondensation eingerichtet ist.

Dem Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 ist eine Ventilanordnung 74 zugeordnet, die zu Ausblaseleitungen 75 führt. Die Ventilanordnung 74 soll bewirken, daß der Betonbehälter 6 auch dann nicht zersprengt werden kann, wenn bei Unfällen Dampf aus der Sicherheitshülle 5 austritt, so daß die Druckfestigkeit des Betonbehälters überschritten zu werden droht. Diese ist insbesondere definiert durch den Auflagerdruck der Hügelbaustoffe. Beispielsweise erzeugt eine 20 m hohe Uberschüttung mit dem spezifischen Gewicht 2t/m^ einen Außenüberdruck von etwa 4 bar auf den Betonbehälter 6. Dieser Druck entlastet die gewölbeartige Betonschale von Zugspannung, solange der innere überdruck keinen höheren Wert erreicht. Vorzugsweise umfaßt die Ventilanordnung ein oder mehrere Sicherheitsventile mit relativ niedrigem Ansprechüberdruck von zum Beispiel 1 bar und kleinem Aasblasequerschnitt. Damit können die geringen Luft- und Dampfmengen abgegeben werden, wie sie in der Anfangsphase des hypothetischen Versagens der Sicherheitshülle zu erwarten sind. Zusätzlich sind aber noch Sicherheitsventile mit . großem Ausblasequerschnitt und höherem Ansprechdruck vorgesehen.

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Mit dieser Auslaßmöglichkeit, die beispielsweise einen doppelt so großen Querschnitt aufweist, kann ein Zersprengen des Betonbehälters 6 auch dann vermieden werden, wenn bei stärkerer Aufheizung im Fall des Kernschmelzens durch plötzlichen Einbruch etwa des aus dem Brennelementbecken stammenden Wasservolumens schlagartig große Dampfmengen entstehen, die das Speichervermögen des Betonbehälters übersteigen.

Die Ausblaseleitungen 75 führen zu einer großen Kiesschüttung in der Zone 28. Von dort aus kann sich der Dampf in dem Kiesvolumen 19 des Hügels verteilen. Dies sorgt für eine Filterung und eine Kondensation des Dampfes, so daß keine radioaktiven Teile unmittelbar ins Freie gelangen können. Dabei ist durch zwei gasdichte Kunststoffolien 77 und 78, die praktisch parallel zueinander verlaufen, dafür gesorgt, daß die Radioaktivität auch durch Wasser, das zum Beispiel als Kondensat entsteht, nicht in das freie Grundwasser gespült werden kann. Die Kunststoffolien 77 und 78 bilden vielmehr mit ihrer leicht konischen Anordnung Ablaufflächen, mit denen solches Wasser im Normaifall in den inneren Bereich 18 der Wand 16 geführt wird. Für den Fall, daß die Kunststoffolie 77, die auf einer unteren Tonschicht 79 aufliegt, verletzt sein sollte, garantiert die in der Tonschicht 79 verlaufende untere Kunststoffolie 78, daß sich Leck- oder Regenwasser aus dem Bereich 19 nur in den Zwischenraum 17 ergießen kann.

Im oberen Bereich des Kiesvolumens 19i d.h. unterhalb der Tonschicht 23» können Durchlässe vorgesehen sein, wie in den Fig. und 3 dargestellt ist. Zu diesem Zweck ist eine halbkreisförmige Schüttung 80 aus grobem Kies vorgesehen, die einen Sammelraum in der Zone 28 bildet. Dort beginnt eine durch die Tonschicht und die Zerschellerschicht 25 nach außen führende Leitung 8L mit einem Absperrventil 82, das über eine Spindel 83 von Hand betätigt werden kann. Der Auslaß der Leitung 81 ist mit einer Haube 84 abgedeckt, die als Regenwasserschutz dient. Die Haube sorgt aber zugleich für einen mechanischen Schutz der Leitung 81, Der Bereich 29 kann ebenfalls mit einer Kiesschüttung 85 versehen sein, die an der höchsten Stelle dieses Bereichs angeord-

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net ist und einen Sanunelraum für eine Auslaßleitung 86 mit einem Ventil 87 und einer Abdeckhaube 88 bildet.

Die Auslai31eitungen 81 und 86, die auch einzeln vorgesehen sein können, ermöglichen eine Druckentlastung des Hügels 1 von Luft, die bei einem Störfall verdrängt werden könnte, damit ein Aufbrechen der Tonschicht 23 vermieden wird. Dabei können die Ventile 82 und 87 zum Beispiel druckabhängig gesteuert sein, indem sie bei größeren Überdrücken als 0,5 bar und bei größeren Unterdrücken als 0,2 bar geöffnet werden. Sie können aber außerdem eine aktivitätsabhängige Betätigung aufweisen, mit der ein Verschluß unabhängig vom Druck dann erhalten wird, wenn dieses ausströmende Medium radioaktiv sein sollte.

Mit 89 ist ein Sicherheitsventil bezeichnet, das die Sicherheitshülle 5 beispielsweise bei einem überdruck von 5 bar in den Betonbehälter 6 hinein entlastet. Dieses Sicherheitsventil 89 soll vermeiden, daß bei einem Versagen der Notkühlung und gleichzeitigem Bruch einer druckführenden Leitung in der Sicherheitshül-Ie 5 deren Druck über den Auslegungsdruck (6 bar) ansteigt. Der Energieinhalt der Sicherheitshülse 5 wird auf einen Wert begrenzt, der auch bei plötzlichem Versagen der Sicherheitshülle vom Betonbehälter 6 (4 bar) aufgenommen werden kann. Die Leitungsquerschnitte der mit niedrigem Ansprechdruck ausgelegten Ventile der Ventilanordnung 74 können deshalb stark gedrosselt sein auf beispielsweise vier öffnungen mit 20 cm Durchmesser, da nur noch die Nachwärmeenergie des schon langer stillstehenden Reaktors freigegeben werden muß. Dies ermöglicht eine ruhige Dampfkondensation im Kiesvolumen 19 und einen nur mäßig starken Anfall von Abluft in der Leitung 81, so daß auch deren Querschnitt klein bleiben kann (4 χ 20 cm).

Der Betonbehälter 6 ist.in der schematischen Darstellung der Fig. mit unterschiedlicher Wandstärke gezeichnet. Damit soll angedeutet sein, daß er in seinem unteren Teil eine mechanisch feste Wanne 93 und im oberen Bereich eine ebenfalls mechanisch feste Kappe 94 bildet. Dagegen kann in einem mittleren Bereich 95 eine

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gewisse Durchlässigkeit bei Uberbeanspruchungen gegeben sein. Die Betonkappe 94 besteht aus einer hitzebeständigen Betonsorte und trägt die Tonschicht 20«

Wie man sieht, ist das Innere 96 der kugelförmigen Sicherheitshlille 5 über Sicherheitsventile 89 mit dem Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 verbunden. Ihr Ansprechwert soll zwar so hoch wie möglich liegen, andererseits aber sicherstellen, daß die Sicherheitshülle 5 bei ansteigendem Druck nie plötzlich aufgesprengt werden kann, weil zuvor eine Entlastung über die Sicherheitsventile 89 stattfindet.

Demgegenüber ist der Ringraum 7 int Bereich 95 des Betonbehälters 6 über die Ventilanordnung 74 mit der sogenannten hochaktiven Zone 28 des Kiesvolumens 19 verbunden. Die Ventile 74 haben zum Beispiel einen Ansprechüberdruck von 4 bar. Die Zone 28 ist wiederum über druckabhängig offenbare Ventile 81 mit der Atmosphäre oberhalb des Hügels 1 verbunden, die einen Ansprechüberdruck von 0,5 bar aufweisen. Damit soll verhindert werden, daß der Hügel im Bereich der als Dichthaut dienenden Tonschicht 23 aufgebrochen werden kann, so daß Gase oder Dämpfe konzentriert entweichen. Bei größerem Gewicht der Tonschicht 23 und/oder der diese abdeckenden Zerschellerschicht 25 kann der Ansprechwert der Sicherheitsventile 81 auch höher gewählt werden.

Im Innenraum 18 innerhalb der inneren Wand 16 ist ein Brunnen 98 vorgesehen, aus dem eine Pumpe 99 ansaugen kann. Die Pumpe fördert nur bei Störfällen, die die Sicherheitshülle 5 und den Betonbehälter 6 bedrohen. Dabei gelangt das Wasser über eine Rückschlagklappe 100 und ein Stellventil 101 zu einer Sprüheinrichtung 102, die den oberen Bereich der Sicherheitshülle 5 kühlen kann, so daß in der Sicherheitshülle eine Druckabsenkung erreicht werden kann. Die Pumpe 99 kann ferner über ein Stellventil 103 und ein Filter 104 in den Zwischenraum 17 zwischen den beiden Wänden 15 und 16 fördern. Im Zwischenraum 17 ist der Brunnen 105 mit der Tauch pumpe 47 vorgesehen, die über die Filterstation 48 Grund- und Leckwasser in den außerhalb der Wand 15 gelegenen Bereich der

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grundwasserführenden Schicht 12 fördert, wie durch die Leitung 106 angedeutet ist.

Ein weiterer Brunnen 107» der redundant vierfach angelegt ist und für zum Beispiel 4 χ 150 m-^/h ausgelegt ist, dient zur Speisung einer Pumpe 108. Von dieser kann über eine Leitung 109 mit einer Rückschlagklappe 110 und einem Stellventil 111 die Sprüheinrichtung 102 beaufschlagt werden. Ferner speist die Pumpe 108 Kühler oder Zwischenwärmetauscher 112, die zum Beispiel zur Kühlung von Notstromdieseln benötigt werden. Das aus dem Kühler 112 kommende Wasser kann bei Bedarf noch dem Tertiärverdampfer 69 zugeführt werden, mit dem die Energie der Kernreaktoranlage für den Fall, daß die normalen Wärmesenken ausfallen, zur Erzeugung von Dampf benutzt wird, wie in der Patentanmeldung P 25 54 180.4 angegeben ist. Der dabei erzeugte Dampf kann Über ein Stellventil 114 und eine Rückschlagklappe 115 zu der Axisblaseleitung 70 geleitet werden.

Der Tertiärverdampfer 69 ist über eine Leitung 117 an die Frischdampfleitung 52 angeschlossen, die im Normalfall über das Absperrventil 61 zur Turbine führt. Das Sicherheitsventil 62 an der Frischdampfleitung 52 ermöglicht das Ausblasen von Dampf in die sogenannte schwachaktive Zone 29 des Kiesvolumens 19, wie durch die Leitung 63 angedeutet ist. Dabei kann durch das über- °5 druckventil 87 die im Erdreich normalerweise vorhandene Luft abgelassen werden, wenn der überdruck beim Einleiten des Dampfes 0,5 bar übersteigt.

Die Pumpe 108 für den Kühler 112 und den Tertiärverdampfer 69 ist zusammen mit der Absperreinrichtung 61 der Frischdampfleitung 52 und dem an diese angeschlossenen Sicherheitsventil 62 in der in Fig. 5 strichpunktiert angedeuteten Nebenzelle 60 untergebracht, die im Erdreich des Hügels liegt, wie die Fig. 2 bis 4 zeigen. Diese Nebenzelle enthält auch eine weitere Pumpe 118, mit der das im Tertiärverdampfer 69 anfallende Kondensat (Speisewasser) zum Dampferzeuger über eine Leitung 119 zurückgefördert wird.

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Beim AusfUhrungsbeispiel ist dargestellt, daß das Sicherheitsventil 89 der Sicherheitshülle 5 in den Ringraum 7 führt, aus dem weitere Sicherheitsventile der Ventilanordnung Ik eine Entlastung ermöglichen. Man kann aber auch eine direkte Entlastungsleitung aus der Sicherheitshülle 5 in die "hochaktive" Zone 29 des Kiesvolumens 19 vorsehen, damit ohne Beeinträchtigung der Zugänglichkeit des Ringraumes 7 eine Druckentlastung für die Sicherheitshülle geschaffen werden kann.

13 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

- 263Λ29Α

Patentansprüche

fIJ Kernreaktoranlage mit einem dichten Betonbehälter, der mindestens zum Teil in Erdreich eingelassen ist, das eine grundwasserdurchlässige Schicht und eine weitgehend undurchlässige Schicht umfaßt, die die untere Grenze der grundwasserdurchlässigen Schicht bildet, dadurch gekennzeichnet, daß im Erdreich (9) eine den Betonbehälter (6) umgebende Wand (15) angeordnet ist, die mindestens bis zu der undurchlässigen Schicht (14) reicht, und daß der von der Wand (15) eingeschlossene Teil der grundwasserdurchlässigen Schicht (12) Über eine Pumpe (47) und ein Filter (48), das Aktivitätsträger abzutrennen gestattet, mit dem Teil außerhalb der Wand (15) verbunden ist.
2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei konzentrische Wände (15, 16), die eine Ringzone (17) einschließen, an die die Pumpe (47) angeschlossen ist.
3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betonbehälter (6) in an sich bekannter Weise mit Erdreich (15) überdeckt ist, das einen Hügel (1) bildet, und daß sich der Hügel (1) über die Wand (15) erstreckt.
4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wand (15) innerhalb des Hügels (1) bis zur ursprünglichen Erdoberfläche (2) erstreckt.
5. Kernreaktoranlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schichten (19» 20, 23) unterschiedlicher Durchlässigkeit im Hügel (1) eine den Betonbehälter (6) einschließende Glocke bilden.
6. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten durch Kunststoffolien (77, 78) begrenzt sind.

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0RK3INAL
7. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (15) aus Bentonit besteht .
8. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Hügels (1) durch tonige Trennwände (27) in mindestens zwei Zonen (28, 29) unterteilt ist.
9. Kernreaktoranlage nach den Ansprüchen 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zonen (28, 29) mit je einer der von den Wänden eingeschlossenen Zonen (17,18) des Erdbodens (9) in Verbindung stehen.
10. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch Pumpen (99), die Leck- oder Regenwasser aus der inneren Zone (18) in den Betonbehälter (6) zurückpumpen.
11. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Stollen (56), die zum Betonbehälter (6) führen, mindestens zwei flüssigkeitsdichte Trennwände (27, 24) durchlaufen und daß die Stollen (56) an den Durchfuhrungsstellen verschließbar sind.
12. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Pumpenanlage (99) mit Filter (104), die in der einen Zone angeordnet ist und Grundwasser aus der anderen Zone über Filter fördert.

13· Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Hügels (l) eine Tonschicht (23) umfaßt, die mit einer mechanisch festen Schicht oder Pflasterung (25) überdeckt ist.

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