DE2931729A1

DE2931729A1 - Einrichtung zur aufnahme des geschmolzenen kerns eines fluessigkeitsgekuehlten kernreaktors nach einem stoerfall und verwendung der einrichtung

Info

Publication number: DE2931729A1
Application number: DE19792931729
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr Ing Schwantes
Original assignee: Babcock Brown Boveri Reaktor GmbH
Current assignee: ABB Reaktor GmbH
Priority date: 1979-08-04
Filing date: 1979-08-04
Publication date: 1981-02-19
Also published as: DE2931729C2

Description

Einrichtung zur Aufnahme des geschmolzenen Kerns eines
flüssigkeitsgekühlten Kernreaktors nach einem Störfall und Verwendung der Einrichtung.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufnahme des geschmolzenen Kerns eines flüssigkeitsgekühlten Kernreaktors nach einem Störfall, wobei der Reaktorkern in einem Druckbehälter angeordnet ist, der von einer die Kaverne bildende Betonstruktur umgeben ist, deren Boden mechanisch schwächer ausgebildet ist als ihre Seitenwände und wobei sich der Druckbehälter und die Betonstruktur innerhalb eines Sicherheitsbehälters befinden.
Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-AS 27 34 810 bekannt. Nach dieser Schrift wird die Kernschmelze von einer Auffangwanne aufgenommen, deren Betonmasse so di mensioniert ist, daß eine ausreichende Kühlung des geschmolzenen Materials durch aufschmelzende Betonmassen gewährleistet ist.
Diese Ausbildung hat den Nachteil, daß der größte Teil der Wärme im Sicherheitsbehälter erhalten bleibt und von dort abgeführt werden muß. Darüber hinians-führt das Aufschmelzen der Betonmassen der Auffangwanne, durch das Freisetzen des im Beton gebundenen Wassers als Dampf, zu unerwünschten Druckerhöhungen innerhalb der Sicherheitshülle. Außerdem ist die Beseitigung der erstarrten Schmelze problematisch und gefahrvoll, da sie mechanisch schwer bearbeitbar und über viele Jahre radioaktiv ist.
Weiterhin ist in der DE-AS 24 59 339 eine Auffangvorrichtung beschrieben, die mit einer umlaufenden Wasserkühlung versehen ist. Ein derartiges Kühlsystem hat den Nachteil, daß nach einer begrenzten Zeit zur weiteren Wärmeabfuhr Wasser von außerhalb des Sicherheitsbehälters herangeführt werden muß. Bei einer Berührung des Kühlwassers mit der Kernschmelze besteht durch das Verdampfen des Wassers die Gefahr eines unzulässigen Druckanstiegs im Sicherheitsbehälter.
Die Erfindung geht einen anderen Weg und macht sich zur Aufgabe eine Einrichtung zur Aufnahme des geschmolzenen Kerns anzugeben, die weder ein Kühlsystem benötigt noch eine unzulässige Druckerhöhung im Sicherheitsbehälter hervorruft und bei der eine Beseitigung der erstarrten Schmelze nicht erforderlich ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß unterhalb des Bodens der Kaverne ein Schacht angeordnet ist, dessen Sohle bis in grundwasserfreie Erdschichten reicht, die nach oben durch Wassersperrschichten abgegrenzt sind.
Nach dem Durchschmelzen des Bodens fällt die Kernschmelze also so tief ins Erdinnere daß eine Gefährdung der Biosphäre durch die radioaktiven Spaltprodukte der Kernschmelze ausgeschlossen ist. Die Wärme der Schmelze wird fast restlos an das Gestein des Sohlenbereiches abgegeben und führt zu keiner gefährlichen Aufheizung der Sicherheitsbehälteratmosphäre.
Die Schmelze frißt sich bis zu ihrer Erkaltung in das Gestein des Sohlenbereiches. Eine eventuelle Dampfbildung wird sich an der Schachtwand niedrshIagen und somit keine Druckerhöhung im Sicherheitsbehälter hervorrufen. Die problematische und gefahrvolle Beseitigung der erstarrten Kernschmelze ist nicht erforderlich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Nach Ablauf der bestimmungsgemäßen Betriebszeit des Reaktors läßt sich der Schacht zur Aufnahme von schwer transportfähigen kontaminierten Bauteilen verwenden.
Anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung wird die vorgeschlagene Einrichtung beschrieben.
Der den Kernbrennstoff enthaltende Druckbehälter 1 ist von einer Betonstruktur 2 umgeben, wodurch die Kaverne 3 gebildet ist. Außerhalb der Betonstruktur befinden sich die inneren Ringräume 4, die nach einem KUhlmittelverluststörfall mit Flutwasser gefüllt sind. Die Reaktoranlage ist von einer Sicherheitshülle 5 aus Stahl umgeben, die auf einem Fundament 6 ruht. Das Fundament ist von Grundwasser führenden Erdschichten 7 umgeben. Nach oben setzt sich das Fundament in einer Betonhülle 8 fort, welche die Sicherheitshülle 5 und die äußeren Ringräume 9 einschließt.
Der Boden 10 der Betonstruktur ist mechanisch schwächer ausgebildet als ihre Seitenwände 11, so daß im Falle eines Kernschmelz-Unfalles der Boden 10 als Sollbruchstelle dient. Bei einem solchen Störfall wird sich die Schmelze in der Kaverne 3 sammeln. Bevor die Schmelze die Betonseitenwände der Kaverne aufschmilzt und eine ungewollte Verbindung zu dem in den inneren Ringräumen stehenden Flutwasser herstellt, wird der Boden als schwächste Stelle der Betonstruktur aufgeschmolzen sein, so daß die Schmelze einen ca. 1000 m tiefen Schacht 12 hinunterstürzt und an dessen Sohle 13 zu liegen kommt.
Im Bereich der Sohle besitzt der einen Durchmesser von 3 bis 5 m aufweisende Schacht einen größeren Querschnitt, damit die Wände der Schmelze schnRKtLeP~ån das umgebende Gestein abgegeben wird.
Die Pfeile 14 sollen die Abgabe der Wärme symbolisieren.
Zur Optimierung des Schmelzenabflusses ist die Kaverne zum Boden 10 hin trichterförmig ausgebildet und der offnungsquerschnitt des Schachtes 12 kegel- oder pyramidenstumpfförmig an den Boden 10 herangeführt. Ein Teilbereich der Sicherheitshülle 5 ist in den Boden 10 integriert, Die Tiefe des Schachtes wird danach bemessen, daß geologische Schichten an der Sohle 13 des Schachtes 12 angetroffen werden, die keinerlei Grundwasser fUhren und durch Wassersperrschichten 15 gegenüber den Grundwasser fuhrenden Schichten 7 nach oben abgegrenzt sind. Als Wassersperrschicht eignet sich am besten eine geologisch gewachsene Sperrschicht die gegebenenfalls durch einen Injektionsschleier verstärkt ist. Injektionen sind bekanntlich Einpressungen von flüssigem Beton oder sonstigen pumpfähigen Verfestigungs- und Dichtungsmitteln unter hohem Druck in die vorhandenen Hohlräume des Gesteins um dessen Wasserdurchlässigkeit zu unterbinden. Derartige Injektionsschleier 16 können den unteren Teil des Schachtes 12 bis zur Wassersperrschicht 15 umschließen, um eine zusätzliche Sicherheitsbarriere zu erhalten. Auch die Sohle 13 und der in diesem Bereich vergrößert ausgeführte Schachtquerschnitt lassen sich erforderlichenfalls durch Injektionen abdichten. Die Wände des Schachtes 12 sind mit einer Stahlbeton-Verbundauskleidung versehen die aus einem äußeren Stahlblechmantel 17 und einem inneren Stahlbetonzylinder 18 besteht. Der Raum zwischen dem Stahlblechmantel und dem umgebenden Erdreich ist mit einer Bitumenmasse 19 gefüllt.
Damit wird ein unbeabsichtigter Kontakt der Grundwasser führenden Schichten 7 mit der an der Sohle des Schachtes liegenden Schmelze 21 verhindert. Die Stahlbeton-Verbundauskleidung ist aus einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Schüssen 10 hergestellt, so daß der Schacht sich eventuellen Erdbewegungen anpaßt. Sobald die Kernschmelze erkaltet ist, wird der Schacht in an sich bekannter Weise mit. Beton verschlossen.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wurde eine passive Sicherheitseinrichtung geschaffen, die im Falle eines Kernschmelzunfalles die Kernschmelze ohne Schädigung der Biosphäre aufnimmt.
Die universelle Einsetzbarkeit der Einrichtung ist dadurch gegeben, daß nach Ablauf der bestimmungsgemäßen Betriebszeit des Reaktors der Schacht zur Aufnahme von schwer transportfähigen kontaminierten Bauteilen verwendet wird.
Bezugszeichenliste' 1 Druckbehälter 2 Betonstruktur 3 Kaverne 4, 9 Ringräume 5 Sicherheitshülle 6 Fundament 7 Erdschichten 8 Betonhülle 10 Boden 11 Seitenwand 12 Schacht 13 Sohle 14 Pfeile 15 Wassersperrschicht 16 Injektionsschleier 17 Stahlblechmantel 16 Stahlbetonzylinder 19 Bitumenmasse 20 Schüsse 21 Schmelze LeerI<sVeite Leer'sVeite

Claims

Ansprüche W Einrichtung zur Aufnahme des hmOlzenen Kerns eines flüssigkeitsgekühlten Kernreaktors bei einem Störfall wobei der Reaktorkern in einem Druckbehälter angeordnet ist, der von einer die Kaverne bildende Betonstruktur umgeben ist, deren Boden mechanisch schwächer ausgebildet ist als ihre Seitenwände und wobei sich der Druckbehälter und die Betonstruktur innerhalb eines Sicherheitsbehälter befinden, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Bodens (10) der Kaverne (3) ein Schacht (12) angeordnet ist, dessen Sohle (13) bis in grundwasserfreie Erdschichten reicht, die nach oben durch Wassersperrschichten (15) abgegrenzt sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wand des Sicherheitsbehälters (5) Boden (10) integriert ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaverne (3) zum Boden (10) hin trichterförmig ausgebildet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt des Schachtes kegel-oder pyramidenstumpfförmig an den Boden (10) herangeführt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wassersperrschicht (15) eine geologisch gewachsene Schicht verwendet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassersperrschicht (15) durch Injektionsschleier gebildet oder verstärkt ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht im Bereich seiner Sohle (13) einen größeren Querschnitt aufweist als der restliche Schacht.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohle und die Wände des vergrößerten Querschnitts mit Hilfe von Injektionsschleiern abgedichtet sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Schachtes mit einer Stahlbeton-Verbundauskleidung versehen sind die aus einem äußeren Stahlblechmantel (17) und einem inneren Stahlbetonzylinder (18) besteht.
10. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht aus einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Schüssen (20) hergestellt ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, Raum daß dertZwischen der Mantelfläche des Schachtes und dem umgebenden Erdreich mit einer Bitumenmasse (19) gefüllt ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Wassersperrschicht (15) der Schacht von Injektionsschleiern (16) umgeben ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf der bestimmungsgemäßen Betriebszeit des Reaktors der Schacht zur Aufnahme von schwer transportfähigen Bauteilen verwendbar ist.