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Gasgekühlter Hochtemperaturreaktor
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Die Erfindung bezieht sich auf einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor
mit kugel- oder stabförmigen Brennelementen und Absorberstäben, wobei das Absorbermaterial
innerhalb der von mindestens einer äußeren Umhüllung umgebenen Absorberstäbe angeordnet
ist und jeder Absorberstab mittels eines in der Decke des Reaktordruckbehälters
installierten Antriebes und einer ein flexibles Bauteil sowie eine Umlenkvorrichtung
für dasselbe aufweisenden Aufhängung innerhalb einer Bohrung des Reaktorkerns oder
des Reflektors verfahrbar ist.
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Aus der DE-OS 20 49 981 sind bereits Absorberstäbe bekannt, die in
Bohrungen innerhalb des Reaktorkerns oder des Reflektors frei beweglich sind. Diese
Absorberstäbe werden von zwei koaxial ineinander angeordneten Hüllrohren aus Stahl
gebildet, wobei der Absorberteil in dem Raum zwischen den beiden Hüllrohre angeordnet
ist. Zur Kühlung der Absorberstäbe wird ein Kühlgasstrom entlang der Außenflächen
eines jeden Absorberstabes geleitet.
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Es ist auch eine Ausführungsform bekannt, bei der jeweils ein Kühlgasstrom
durch den Absorberstab geleitet wird. Das Heben und Senken der Absorberstäbe erfolgt
hierbei über elektrische Antriebe, die in der Decke des Reaktordruckbehälters, vorzugsweise
innerhalb von Panzerrohren, angeordnet sind. Jeder elektrische Antrieb steht mit
einer Aufhängung in Verbindung, die mindestens ein elastisches Bauteil und eine
Umlenkvorrichtung aufweist.
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Innerhalb der Bohrungen des Seitenreflektors treten sehr hohe Temperaturen
auf. Da die bis jetzt bekannten Absorberstäbe aus Materialien gefertigt sind, die
gegenüber hohen Temperaturen nicht unbegrenzt beständig sind, ist eine Kuhlung dieser
Stäbe unumgänglich. Dies bedeutet, daß beispielsweise innerhalb des-Seitenreflektors
zusätzlichedRanäfe~zu~schaffen-sind, durch die das Kühlgas zu leiten ist. Werden
die Absorberstäbe ausschließlich von außen-gekühlt, so entstehen innerhalb des Reflektors
Wårmespannungen. Um diese zu vermeiden, wären zusätzliche Abschirmungen innerhalb
der Bohrungen des Seitenreflektors erforderlich, in dem die Absorberstäbe verfahren
werden. Durch solche Abschirmungen wurde jedoch der Seitenreflektor in seinen Abmessungen
zu groß. Zusätzlich entsteht ein weiterer Nachteil in einem Wirkungsgradverlust
der Gesamtanlage durch die Kühlung. Dies gilt auch für eine Innenkühlung des Stabes.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Absorberstab
zu schaffen, der insbesondere in Bohrungen des Reaktorkerns und des Seitenreflektors
verfahrbar und gegen den Einfluß von extrem hohen Temperaturen so unempfindlich
ist, daß auf eine Kuhlung desselben verzichtet werden kann.
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Die Aufgabe wird bei dem Absorberstab der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß jeder Absorberstab aus mehreren Stabelementen zusammengesetzt ist, daß
jedes Stabelement mit einem das Absorbermaterial aufweisenden Kern versehen ist,
der allseitig von einer Umhüllung umgeben ist, daß die Stabelemente aneinandergereiht
und durch eine Fassung zusammengehalten sind, daß die Beruhrungsfläche zwischen
je zwei aufeinanderfolgenden Stabelementen sehr klein ist und daß die Fassung mit
dem flexiblen Bauteil der Aufhängung verbunden ist.
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Jedes Stabelement wird durch mindestens zwei Zylinder mit unterschiedlichem
Durchmesser
gebildet. Insbesondere ist der Zylinder mit dem kleineren Durchmesser im Inneren
des Zylinders mit dem größeren Durchmesser symmetrisch angeordnet, so daß er von
dem äußeren Zylinder überall den gleichen Abstand aufweist. Die beiden Zylinder
sind an beiden Enden durch je eine gemeinsame, vorzugsweise nach außen gewölbte
Deckfläche verschlossen.
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Damit der Raum zwischen den beiden Zylindern durch die beiden nach
außen gewölbten Deckflächen fest verschlossen wird, ist der innere Zylinder geringfügig
höher als der äußere Zylinder. Dadurch wird erreicht, daß die beiden Deckflächen
fest auf den beiden Zylindern aufliegen. In einer anderen Version sind die Teile
fest miteinander verbunden, z. B. geschweißt. Der Raum, der zwischen den beiden
Zylindern verbleibt, ist mit Absorbermaterial ausgefüllt.
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Die Mantel flächen der beiden Zylinder und die Deckflächen sind aus
einem sehr temperaturbeständigen Material, das mindestens bis zu 1000 - 1300 OC
beständig ist, gefertigt. Für die Herstellung der beiden Zylinder und der Deckflächen
werden keramische Werkstoffe wie Graphit, Betaaluminiumoxid, Siliziumoxid oder hochschmelzende
Metalle wie Molybdän, Niob, Wolfram u. a. bzw.
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deren Legierungen verwendet. Bei den aus diesen Materialien gefertigten
Absorberstäben kann auf eine äußere oder innere KEhlung verzichtet werden.
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Bei jedem der Stabelemente bleibt der Innenraum des inneren Zylinders
vollständig hohl. Mehrere solcher Stabelemente werden aneinandergereiht und durch
die Fassung zusammengehalten. Diese wird durch eine Stange oder eine Kette gebildet.
An dem unteren Ende der Stange oder Kette ist eine Tragplatte senkrecht zur Längsausdehnung
von Stab oder Kette befestigt. Die Stange durchsetzt die aneinandergereihten Stabelemente
mittig. Zu diesem Zweck ist jede der Deckflächen in der Mitte mit einer entsprechend
großen
Bohrung versehen. Das erste der Stabelemente wird dabei auf die an der Stange befestigte
Tragplatte aufgesetzt.
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Die Oberfläche der Tragplatte ist vorzugsweise an die nach außen weisende
Krümmung der Deckflächen angepaßt, so daß das auf die Tragplatte aufgesetzte Stabelement
auf der gesamten Oberfläche der Tragplatte aufsitzt. Der Durchmesser der Tragplatte
ist ebenso groß wie der Durchmesser der einzelnen Stabelemente.
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Das obere Ende der Fassung, d. h. insbesondere der Stange oder der
Kette, ist lösbar an der mit dem Antrieb verbundenen Auflängung befestigt Der erfindungsgemäße
Absorberstab ist bis mindestens 1000 bzw.
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1300 OC temperaturunempfindlich, so daß seine Funktion bei Temperaturen,
die unter diesen Mindestwerten liegen, in keinem Fall beeinträchtigt wird. Da eine
Kühlung des Absorberstabes gänzlich entfällt, wird der Aufbau des Stabes und die
Gestaltung des Seitenreflektors wesentlich vereinfacht.
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Durch den Aufbau des Absorberstabes aus einer Vielzahl einzelner Stabelemente
ist es ohne weiteres möglich, die Länge eines jeden Absorberstabes an die jeweilige
Tiefe der Bohrungen in dem Seitenreflektor anzupassen. Zusätzlich werden die das
Reflektormaterial negativ beeinflussenden Wärmespannungen durch den Verzicht auf
eine Kühlung der Absorberstäbe vermieden, so daß mit einer vergrößerten Lebensdauer
der verwendeten Werkstoffe zu rechnen ist.
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Nachfolgend wird die erfindung anhand der Zeichnungen erläutert und
der mit der Erfindung erzielbare Fortschritt dargestellt: Es zeigen: Figur 1 einen
Vertikalschnitt durch einen Absorberstab,
Figur 2 einen Teilschnitt
durch einen Reaktordruckbehälter mit einem Absorberstab gemäß Figur 1.
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Der in der Figur 1 gezeigte Absorberstab ist im wesentlichen aus Stabelementen
2 und einer Fassung 3 aufgebaut. Jedes der Stabelemente 2 wird durch zwei Zylinder
4 und 5 gebildet. Diese weisen unterschiedliche Durchmesser auf. Insbesondere ist
der Durchmesser des ersten Zylinders 4 größer als der Durchmesser des zweiten Zylinders
5. Dieser ist innerhalb des ersten Zylinders 4 symmetrisch angeordnet, so daß er
von dem Zylinder 4 überall den gleichen Abstand aufweist. Die beiden Zylinder 4
und 5 sind beidseitig durch je eine gemeinsame Deckfläche 6 verschlossen. Jede dieser
Deckflächen 6 weist vorzugsweise eine nach außen gerichtete Wölbung auf. Die Durchmesser
der beiden Zylinder 4 und 5 sind so gewählt, daß zwischen ihnen ein Raum 7 von vorgebbarer
Größe gebildet wird. Dieser Raum 7 hat die Form eines Ringspaltes. Er dient zur
Aufnahme des Absorbermaterials 8.
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Da der Raum 7 allseitig fest verschlossen sein soll, ist zwischen
den Berührungsflächen der Zylinder 4 und 5 und den Deckflächen 6 ein enger Kontakt
zu schaffen. Zu diesem Zweck ist die Höhe des zweiten, im Inneren angeordneten Zylinders
5 geringfügig größer gewählt als die Höhe des äußeren Zylinders 4.
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Insbesondere weist der Zylinder 5 gerade eine solche Abmessung auf,
daß die beiden Deckflächen 6 beidseitig fest auf den nach außen weisenden Kanten
des Zylinders 5 aufliegen. Vorzugsweise sind die nach außen weisenden Ranten des
zweiten Zylinders 5 den Krümmungen der Deckflächen 6 entsprechend abgeschrägt. In
einer anderen Version sind die Teile fest miteinander verbunden, z. B. geschweißt.
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Die Mantel flächen der beiden Zylinder 4 und 5 sowie die Deckflächen
6 eines jeden Stabelementes sind bei der in Figur 1
dargestellten
Ausführungsform aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere Graphit, Betaaluminiumoxid,
Siliziumdioxid, oder aus hochschmelzenden Metallen wie Molybdän, Niob, Wolfram u.
a.
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bzw. deren Legierungen gefertigt, wodurch sie sehr temperaturbeständig
sind und die Funktion des Absorberstabes bis mindestens zu einer Temperatur von
1300 OC auch ohne eine innere oder äußere Kühlung erhalten bleibt.
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In dem zwischen den beiden Zylindern 4 und 5 verbleibenden Raum 7
ist das Absorbermaterial, insbesondere Borkarbid, eingefüllt.
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Die Größe des Raumes 7 kann durch entsprechende Abmessungen der beiden
Zylinder 4 und 5 in seiner Größe variiert werden. Das Absorbermaterial 8 ist vorzugsweise
als Ringzylinder gepreßt und innerhalb des Raumes 7 angeordnet.
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Wie Figur 1 zeigt, wird der erfindungsgemäße Absorberstab 1 durch
die Aneinanderreihung mehrerer solcher Stabelemente 2 gebildet. Die Anzahl der pro
Absorberstab 1 verwendeten Stabelemente richtet sich nach der gewünschten Länge
desselben. Die aneinandergereihten Stabelemente 2 werden durch die Fassung 3 zusammengehalten.
Diese wird durch eine Stange 3 S und eine Tragplatte 3 T gebildet. Die Tragplatte
3 T ist am unteren Ende der Stange 3 S senkrecht zur deren Längsausdehnung angeordnet.
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Der Durchmesser der Tragplatte 3 T entspricht in etwa dem Durchmesser
der Stabelemente 2. Die Stange 3 S und die Tragplatte 3 T sind in bekannter Weise
miteinander verbunden, insbesondere können sie miteinander verschweißt oder verschraubt
sein.
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Die Oberfläche der Tragplatte 3 T ist an die Krümmung der Deckflächen
6 angepaßt. Die Stange 3 S der Fassung 3 durchsetzt die aneinandergereihten Stabelemente
2 mittig. Hierfür sind alle Deckflächen 6 in der Mitte mit je einer Bohrung 6 B
versehen, deren Durchmesser dem Durchmesser der Stange 3 S angepaßt ist.
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Damit die Stange 3 S durch die einzelnen Stabelemente 2 hindurchgeführt
werden
kann, ist der innere Zylinder 5 der Stabelemente 2 vollständig hohl.
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Anstelle der Stange 3 S kann auch eine Kette oder ein Seil verwendet
werden. Dieses Bauteil ist dann in entsprechender Weise mit einer Tragplatte 3 T
zu verbinden.
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Wie Figur 1 zeigt, sitzt das auf der Tragplatte 3 T angeordnete Stabelement
2 auf dessen gesamter Oberfläche vollständig auf, was durch die Anpassung dieser
Oberfläche an die Krümmung der Deckfläche 6 erreicht wird. Im Gegensatz dazu besteht
zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Stabelementen, die längs der Stange 3 S aufgereiht
sind, nur eine sehr geringe Berührungsfläche, was durch die nach außen gerichtete
Wölbung der einzelnen Deckflächen 6 bewirkt wird.
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Lediglich um die Stange 3 S besteht eine kleine Berührungsfläche zwischen
je zwei aufeinanderfolgenden Stabelementen. Der Abstand zwischen zwei benachbarten
Stabelementen 2 nimmt nach außen immer mehr zu, so daß er insbesondere im Bereich
des das Absorbermaterial 8 beinhaltenden Raumes 7 bereits einige mm beträgt. Durch
diese spezielle Ausbildung der Stabelemente, insbesondere ihrer nach außen gewölbten
Deckflächen, wird erreicht, daß die das Absorbermaterial 8 aufweisenden Räume 7
der einzelnen Stabelemente 2 keinen direkten wärmeleitenden Kontakt miteinander
haben.
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Damit der Absorberstab 1 an einer Aufhängung befestigt werden kann,
ist die Stange 3 S an ihrem oberen Ende mit einer Anhakvorrichtung 9 versehen.
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Figur 2 zeigt den Absorberstab 1 innerhalb eines Reaktordruckbehälters.
Der Absorberstab 1 ist teilweise in eine Bohrung 10 des Seitenreflektors 11 abgesenkt.
Das obere Ende des Absorberstabes
1 ist über die Anhakvorrichtung
9 an einer Kette 12 befestigt. Diese gehört zu einer Aufhängung 13, welche innerhalb
eines Panzerrohres 14 installiert ist, das die Decke des Reaktordruckbehälters 15
durchsetzt. Die Aufhängung 13 weist außer der Kette 12 noch eine Umlenkrolle 16
auf, über die die Kette 12 geführt ist. Über diese Umlenkrolle 16 steht die Aufhängung
13 mit einem elektrischen Antrieb 17 in Verbindung. Mit Hilfe des elektrischen Antriebes
17 kann der Absorberstab 1 innerhalb der Bohrung 10 abgesenkt oder angehoben werden.
Der Teil der Kette 12, der im Augenblick nicht für die Bewegung des Absorberstabes
1 benötigt wird, ist innerhalb einer Speichervorrichtung 18 untergebracht. Bei dem
elektrischen Antrieb 17 handelt es sich um eine bekannte Einrichtung, wie sie auch
für die Betätigung von Seilwinden Verwendung findet. Der Absorberstab 1 ist in gleicher
Weise wie der in Figur 1 gezeigte und in der dazugehörigen Beschreibung erläuterte
Absorberstab 1 ausgebildet.