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Hochtemperaturreaktor
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Die Erfindung bezieht sich auf einen 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 2049 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 HGllrohren angeordnet
ist. Zur Kühlung der Absorberstäbe wird ein Kühlgasstrom entlang der Außenflächen
eines jeden Absorberstabes geleitet. Es ist auch eine Ausführungsform bekannt, bei
der jeweils ein Rühlgasstrom durch den Absorberstab geleitet wird.
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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 Seitenref lektors 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 Kühlung dieser
Stäbe unumgänglich. Dies bedeutet, daß beispielsweise innerhalb des Seitenreflektors
zusätzliche Kanäle zu schaffen sind, durch die das Kühlgas zu leiten ist. Werden
die Absorberstäbe ausschließlich von außen gekühlt, so entstehen innerhalb des Reflektors
Wärmespannungen. Um diese zu vermeiden, wären zusätzliche Abschirmungen innerhalb
der Bohrungen des Seitenreflektors erforderlich, in dem die Absorberstäbe verfahren
werden. Durch solche Abschirmungen würde jedoch der Seitenreflektor in seinen Abmessungen
zu groß.
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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 Kühlung 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 eine Füllung von Absorbermaterial aufweist, die allseitig von
einer Umhüllung umgeben ist, daß die Stabelemente aneinandergereiht und durch Bolzen
zusammengehalten sind und daß das oberste Stabelement mit dem flexiblen Bauteil
der Aufhängung verbunden ist.
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Jedes Stabelement wird durch mindestens zwei Zylinder mit unterschiedlichem
Durchmesser gebildet, wobei der Zylinder mit dem kleineren Durchmesser koaxial im
Inneren des Zylinders mit dem größeren Durchmesser angeordnet ist, so daß er von
dem äußeren Zylinder überall den gleichen Abstand aufweist. Die beiden Zylinder
sind an beiden Enden durch eine gemeinsame Deckfläche verschlossen, und durch diese
Deckfläche sind die Bolzen gesteckt.
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In jedem Stabelement ist eine zentral durch den inneren Zylinder geführte
Stange angeordnet, die jeweils die obere und die untere Deckfläche eines Stabelementes
miteinander verbindet.
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Der Raum, der zwischen den beiden Zylindern verbleibt und die Form
eines Ringspaltes besitzt, ist allseitig fest verschlossen und mit Absorbermaterial
ausgefüllt.
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Die Mantelflächen 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 entweder keramische Werkstoffe wie Graphit, Betaaluminiumoxid oder Siliziumoxid
verwendet, oder es werden hochschmelzende Metalle wie Wolfram, Molybdän, Niob u.
a. bzw. deren Legierungen dafür herangezogen. Bei den aus diesen Materialien gefertigten
Absorberstäben kann auf eine äußere oder innere Kühlung verzichtet werden.
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Mehrere solcher Stabelemente werden aneinandergereiht und durch die
Bolzen zusammengehalten. Jede obere Deckfläche ist in der Mitte mit einer durchgehenden
Bohrung und jede untere Deckfläche mit einer Sackbohrung für die Stange versehen.
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Der Zusammenhalt der Stabelemente kann anstatt durch die Stangen und
Bolzen auch durch ein Seil und Bolzen bewerkstelligt werden.
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Das oberste Stabelement ist mit einer Anhakvorrichtung versehen, durch
die es lösbar an der mit dem Antrieb verbundenen Aufhängung befestigt ist.
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Um die Stangen in den einzelnen Stabelementen zu halten bzw.
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zu sichern, sind Stifte durch die Enden der Stangen und die betreffenden
Deckflächen gesteckt.
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Die Bolzen zur Halterung der Stabelemente sind abwechselnd um 900
versetzt angeordnet.
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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, werden 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 durch den
Verzicht auf eine Kühlung der Absorberstäbe die das Reflektormaterial negativ beeinflussenden
Wärmespannungen 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
es wird der mit der Erfindung erzielbare Fortschritt dargestellt.
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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 Figur 1 gezeigte Absorberstab 1 ist aus einer Vielzahl von
Stabelementen 2 aufgebaut.
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Jedes der Stabelemente 2 wird durch zwei Zylinder 4 und 5 gebildet.
Diese weisen unterschiedliche Durchmesser auf, wobei der Durchmesser des ersten
Zylinders 4 größer als der Durchmesser des zweiten Zylinders 5 ist. Der Zylinder
5 ist innerhalb des ersten Zylinders 4 koaxial 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 6A bzw. 6B verschlossen. 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, z. B. Borkarbids.
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Die Mantelflächen der beiden Zylinder 4 und 5 sowie die Deckflächen
6A und 6B eines jeden Stabelementes sind bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform
aus einem keramischen Werkstoff, vorzugsweise Graphit, Betaaluminiumoxid oder Siliziumdioxid,
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. Für die Zylinder und Deckflächen können aber auch hochschmelzende
Metalle wie Molybdän, Wolfram, Niob u. a. sowie deren Legierungen verwendet werden.
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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.
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Die aneinandergereihten Stabelemente 2 werden durch Bolzen 3B zusammengehalten.
Diese sind durch die Deckflächen 6A und 6B gesteckt.
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In jedem Stabelement 2 ist zentral im inneren Zylinder 5 eine Stange
3S angeordnet, die die Deckflächen 6A und 6B dieses Elements miteinander verbindet.
Jede obere Deckfläche 6A weist in der Mitte eine durchgehende Bohrung 6C für die
Stange 3S auf; die unteren Deckflächen 6B sind je mit einer Sackbohrung 6D versehen.
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Die Stangen 3S und die Deckflächen 6A und 6B sind in bekannter Weise
miteinander verbunden; insbesondere können sie miteinander verschweißt oder verschraubt
sein. Damit die Stangen 3S in den einzelnen Stabelementen 2 gehalten werden können,
ist jeweils ein Stift 19 durch das obere Ende der Stangen 3S und eine Deckfläche
6A bzw. durch das untere Ende der Stangen 3S und eine Deckfläche 6B gesteckt.
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Anstelle der Stangen 3S kann auch ein Seil verwendet werden.
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Dieses ist dann in entsprechender Weise mit den Deckflächen 6A und
6B zu verbinden.
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Wie aus Figur 1 zu erkennen, sind die Bolzen 3B aufeinanderfolgender
Stabelemente 2 jeweils um 900 versetzt angeordnet.
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Lediglich über die Bolzen 3B besteht eine kleine Berührungsfläche
zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Stabelementen.
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Durch diese spezielle Ausbildung der Stabelemente 2 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 das oberste Stabelement an seinem oberen Ende mit einer Anhakvorrichtung 9 versehen
(siehe Figur 2).
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Figur 2 zeigt den Absorberstab innerhalb eines Reaktordruckbehälters.
Der Absorberstab 1 ist teilweise in eine Bohrung 10 des Seitenref lektors 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 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.
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