DE3030551A1 - Pebble bed reactor with boron in bottom reflector - in form of rods contg. boron in proportion which gives low burn up rate - Google Patents

Abstract

A gas-cooled, pebble bed reactor operating on the once through then out cycle has a reflector of graphite blocks all around the core and absorber rods passing through the top reflector to a limited penetration from the bottom of the core. In the bottom reflector neutron-absorbing material in the form of rods (14) containing boron either as a compound or in a mixture with another material are inserted into bores (10) of the bottom reflector, more specifically into some of the cooling gas bores (10). The cpd. or mixt. of boron in the rods is such as to limit the burn-up of the rods during the design life of the reactor (typically 40 years) to an acceptable level. More specifically, the rods may be of ferroboron or borated graphite. The rods are provided (conventionally) as neutron absorbers in the lower region of the core, into which shut-down rods do not normally penetrate. During normal operation the reactivity in this zone of the core is very low and consequently absorber rods are not required. If, however, it should be necessary to discharge a complete reactor core fairly rapidly, then fresh material of low burn-up enters the lower zone of the core where no absorber rods are present. Critically or supercriticality is prevented in this region (conventionally) by the use of boron within the reflector.

Description

Gasgekühlter Kernreaktor mit einer Schüttung kugelförmigerGas-cooled nuclear reactor with a bed of spherical

Brennelemente Die Erfindung betrifft einen gasgekühlten Kernreaktor, bei dem der aus einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente gebildete Kern von oben nach unten von dem Kühlgas durchströmt wird und die Brennelemente nach einmaligem Durchlaufen der Schüttung den gewünschten Endabbrand erreicht haben und nach unten aus der Schüttung abgezogen werden, mit einem die Schüttung allseitig umgebenden Reflektor aus Graphitsteinen, durch dessen Deckenteil Absorberstäbe direkt in die Schüttung einfahrbar sind und dessen Bodenteil Kühlgasbohrungen aufweist.Fuel elements The invention relates to a gas-cooled nuclear reactor, in which the core formed from a bed of spherical fuel elements from above is flowed through by the cooling gas downwards and the fuel assemblies after a one-time Passing through the bed have reached the desired final burn and down be withdrawn from the bed, with a surrounding the bed on all sides Reflector made of graphite stones, through whose ceiling part absorber rods directly into the Fill are retractable and the bottom part has cooling gas bores.

Für einen solchen Kernreaktor ist es typisch, daß sich die frischen Brennelemente im Bereich der Oberfläche der Kugelschüttung befinden, während an der in dem Reaktor-Bodenteil eingebauten Abzugseinrichtung nur abgebrannte Brennelemente vorhanden sind.It is typical for such a nuclear reactor that the fresh Fuel elements are located in the area of the surface of the pebble bed, while on of the exhaust device built into the reactor bottom part, only spent fuel assemblies available.

Soll der Kern eines derartigen Reaktors entladen werden, so werden die abgebrannten Brennelemente im unteren Teil der Schüttung zuerst aus dem Kern abgezogen, während die noch nahezu frischen Brennelemente den Reaktorkern zum Schluß verlassen. Eine derartige Entladung, die mindestens am Ende der Betriebszeit des Kernreaktors, aber auch bei der Reparatur von Teilen des Seiten Seitenref lektors vorgenommen werden muß, erfolgt im abgeschalteten Zustand, bei dem alle Absorberstäbe voll in die Brennelementschüttung eingefahren sind.If the core of such a reactor is to be discharged, so will the spent fuel elements in the lower part of the bed first from the core withdrawn, while the still almost fresh fuel elements the reactor core at the end leaving. Such a discharge, which occurs at least at the end of the operating life of the Nuclear reactor, but also in the repair of parts of the side reflector be made must, takes place in the switched-off state in which all absorber rods are fully retracted into the fuel element bed.

Das Einfahren der Absorberstäbe in die Schüttung ist auf eine bestimmte Tiefe beschränkt, da die Einfahrkräfte mit wachsender Einfahrtiefe überproportional zunehmen. Die letzten 50 bis 100 cm des Reaktorkerns bleiben daher frei von Absorberstäben. Bei normalen Abschaltungen des Kernreaktors ist dies ohne Bedeutung, denn in diesem Bereich der Schüttung enthalten die abgebrannten Brennelemente kaum noch Spaltstoff, so daß aus dieser Region praktisch kein Beitrag zur Kritikalität geliefert wird. Es wäre daher sehr unwirtschaftlich, wollte man die Absorberstäbe und ihre Antriebe so auslegen, daß die Absorberstäbe bis zu dem Bodenteil des Reflektors eingefahren werden können, nur um von dieser Einfahrmöglichkeit während des (wahrscheinlich einmaligen) Entladevorganges Gebrauch zu machen.The retraction of the absorber rods into the bed is on a certain level Depth limited, as the entry forces disproportionately high with increasing entry depth gain weight. The last 50 to 100 cm of the reactor core therefore remain free of absorber rods. With normal shutdowns of the nuclear reactor, this is of no importance, because in this one In the area of the fill, the spent fuel elements hardly contain any fissile material, so that practically no contribution to criticality is made from this region. It would therefore be very uneconomical to want the absorber rods and their drives Lay out so that the absorber rods are retracted to the bottom part of the reflector can be only to benefit from this retraction option during the (probably to make use of the one-time) unloading process.

Es muß daher davon ausgegangen werden, daß in dem Reaktorkern ein von Absorberstäben freier Raum vorhanden ist, der von der Unterkante der in ihre Endposition eingefahrenen Absoberstäbe und dem Reflektor-Bodenteil begrenzt wird. Wandern nun beim Entleeren des Kerns die frischen Brennelemente in diesen Raum, so kann - wie Rechnungen zeigen - der Reaktorkern hier wieder kritisch werden bzw. je nach Voraussetzung sogar, auf einen kalten Zustand bezogen, erhebliche über kritikalität erreichen. Dieser unzulässig hohe Reaktivitätsanstieg muß auf jeden Fall unterbunden werden, wozu besondere Maßnahmen erforderlich sind.It must therefore be assumed that in the reactor core a of absorber rods free space is available from the lower edge of the in their End position retracted absober rods and the reflector bottom part is limited. When the core is emptied, the fresh fuel elements migrate into this space, so - as calculations show - the reactor core can become critical again or Depending on the prerequisites, even in relation to a cold state, considerable over criticality reach. This inadmissibly high increase in reactivity must be prevented in any case for which special measures are required.

Eine solche Maßnahme könnte darin bestehen, Absorberkugeln.One such measure could be absorber balls.

in die Schüttung einzufüllen oder ein Absorbergas in den Reaktorkern einzuspeisen. Beides erwies sich jedoch als unzureichend bzw. ungeeignet; in letzterem Falle tritt beispielsweise die Problematik des Druckentlastungsstörfalles hinzu. Auch das Abbrennen von Überschußreaktivität kommt nicht in Betracht, da diese Maßnahme nur bei einer eingeplanten Entleerung des Reaktorkerns angewandt werden kann und nur teilweise entlastend wirkt.to fill in the bed or an absorber gas in the reactor core to feed. However, both proved to be inadequate or unsuitable; in the latter For example, there is also the problem of the pressure relief accident. Burning off excess reactivity is also out of the question, since this measure can only be used in the event of a planned emptying of the reactor core and only partially relieves the stress.

Es gehört zum Stand der Technik (0S 23 47 817), bei einem Kernreaktor mit kugelförmigen Brennelementen und einmaligen Durchgang der Brennelemente durch den Reaktorkern in dem Deckenreflektor und/oder dem oberen Teil des Seitenreflektors neutronenabsorbierende Stoffe vorzusehen, um in den dosisgefährdeten Bereichen des Reflektors den schnellen Neutronenfluß herabzusetzen und damit eine Schädigung des Reflektorgraphits zu verhindern.It belongs to the state of the art (0S 23 47 817) for a nuclear reactor with spherical fuel elements and a single passage of the fuel elements through the reactor core in the ceiling reflector and / or the upper part of the side reflector Provide neutron-absorbing substances in the dose-endangered areas of the Reduce the fast neutron flux and thus damage the reflector To prevent reflector graphite.

Bekannt ist auch ein Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperaturreaktors der bereits beschriebenen Bauart (0S 22 41 873), mit dem die Leistungsverteilung in dem Reaktorkern derart beeinflußt werden kann, daß die axiale Leistungsdichte nach unten hin nur wenig abfällt. Eine solche Betriebsweise erlaubt eine höhere Belastung der Brennelemente, die entweder für eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Kernreaktors oder zur Erhöhung seiner Sicherheit ausgenutzt wird. Zur Erreichung dieses Zieles wird eine Reihe von Maßnahmen vorgeschlagen, unter anderem auch die Zugabe abbrennbarer Gifte mit der Beschickungscharge, durch die die Leistungserzeugung in die tieferen Bereiche des Reaktorkerns verlagert wird. Die abbrennbaren Gifte können auch im Decken-, Boden- und/oder seitlichen Reflektor vorgesehen sein.A method for operating a high-temperature reactor is also known of the type already described (0S 22 41 873), with which the power distribution in the reactor core can be influenced in such a way that the axial power density drops only slightly towards the bottom. Such a mode of operation allows a higher one Loading of the fuel elements, either for an improvement in profitability of the nuclear reactor or to increase its safety. To achieve To this end, a number of measures are proposed, including the Adding burnable poisons with the feed batch, through which the power generation is generated is relocated to the deeper areas of the reactor core. The burnable poisons can also be provided in the ceiling, floor and / or side reflector.

Weiterhin ist es bekannt (0S 23.65 531), bei einem Kernreaktor mit kugelförmigen Brennelementen und direkt in die Brennlementschüttung eingefahrbaren Absorberstäben durch eine besondere Maßnehme die Abschaltwirksamkeit der Absorberstäbe zu verbessern, ohne daß die Zahl der Absorberstäbe erhöht oder ihre Eindringtiefe vergrößert zu werden braucht. Diese Maßnahme besteht darin, den Graphit des Bodenreflektors sowie des unteren Teils des Seitenreflektors mit neutronenabsorbierenden Stoffen zu dotieren. Es liegt hier also eine quasi homogene Vergiftung der unteren Reflektorbereiche vor, was den Nachteil hat, daß die neutronenabsorbierenden Stoffe in kürzester Zeit abbrennen, ihre Wirksamkeit also nicht für die mit ca. 30 bis 40 Jahren angesetzte Standzeit eines Kernreaktors ausreicht. Außerdem stellt der mit dem Neutronengift dotierte Graphit einen neuen Werkstoff dar, dessen Verhalten bei Bestrahlung zunächst in Versuchen ermittelt werden müßte, da der Bodenreflektor eine tragende Funktion hat.It is also known (OS 23.65 531), with a nuclear reactor spherical fuel elements and can be retracted directly into the fuel element bed Absorber rods by a special measure the shutdown effectiveness of the absorber rods to improve without increasing the number of absorber rods or their depth of penetration needs to be enlarged. This measure consists in removing the graphite of the floor reflector and the lower part of the side reflector with neutron absorbing substances to endow. So there is a quasi homogeneous poisoning of the lower reflector areas before, which has the disadvantage that the neutron-absorbing substances in a very short time burn down, so their effectiveness does not apply to those around 30 to 40 years of age The service life of a nuclear reactor is sufficient. In addition, the one with the neutron poison poses doped graphite is a new material, its behavior on irradiation initially would have to be determined in tests, since the floor reflector has a supporting function Has.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe -zugrunde, einen gasgekühlten Kernreaktor der eingangs beschriebenen Bauart so auszugestalten, daß auch nach langer Betriebsdauer beim Entleeren des Reaktorkerns die Unterkritikalität des Reaktors gewährleistet ist.Proceeding from this prior art, the object of the invention is -based on the design of a gas-cooled nuclear reactor of the type described at the outset, that even after a long period of operation when emptying the reactor core, the subcriticality of the reactor is guaranteed.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in dem Bodenteil des Reflektors neutronenabsorbierendes Material vorgesehen ist, wobei als neutronenabsorbierendes Material Bor in Verbindung oder im Gemisch mit einem anderen Material verwendet wird, daß die Borverbindung bzw. das Gemisch zur Begrenzung des Abbrandes zu Stäben geformt ist und daß die Stäbe in Bohrungen des Bodenteils des Reflektors eingesetzt sind.The solution to this problem is characterized in that in itself known manner in the bottom part of the reflector neutron-absorbing material is provided, with boron in connection or as a neutron absorbing material is used in a mixture with another material that the boron compound or the mixture is shaped into rods to limit the burn-off and that the rods are inserted into holes in the bottom part of the reflector.

Wie die Rechnungen zeigen, stellt die heterogene Anordnung von Bor in dem Bodenteil des Reflektors eine sehr wirkungsvolle Maßnahme dar, die mit Sicherheit das Wiederkritischwerden des Kernreaktors während der Kernentleerung verhindert. Durch die Vergiftung des Reflektor-Bodenteils verringert sich der Keff-Wert des vollen Reaktorkerns nur unwesentlich; weiterhin wird die Dosisbelastung des Graphits durch thermische Neutronen am Reflektor-Bodenteil um den Faktor 3 und die Dosisbelastung durch schnelle Neutronen um den Faktor 2 reduziert. Außerdem ist zu erwarten, daß die S-Kurve der Absorberstäbe durch die Vergiftung des Bodenbereiches steiler ansteigt, was den Vorteil hat, daß die Einfahrtiefe der Absorberstäbe bei Regelaufgaben verringert werden könnte.As the calculations show, the heterogeneous arrangement of boron in the bottom part of the reflector is a very effective measure, certainly prevents the nuclear reactor from becoming critical again during core evacuation. The poisoning of the bottom part of the reflector reduces the Keff value of the full reactor core only insignificantly; furthermore the dose load of the graphite by thermal neutrons on the reflector bottom part by a factor of 3 and the dose load reduced by a factor of 2 by fast neutrons. It is also to be expected that the S-curve of the absorber rods rises more steeply due to the poisoning of the floor area, which has the advantage that the depth of the absorber rods is reduced for control tasks could be.

Der Abbrand der Bor enthaltenden Stäbe kann in 32 Jahren Vollastbetrieb bis zu 60 % des B-10-Anteils betragen; infolge der hohen Selbstabschirmung der frischen Stäbe (schwarzer Absorber) nimmt die Wirksamkeit der Vergiftung jedoch nicht proportional mit der B-10-Dichte aba so daß der Verlust an B-10 durch eine Verminderung der Selbstabschirmung weitgehend kompensiert wird. Der Abbrand kann daher im Hinblick auf die Wirksamkeit der Stäbe bei der Kernentleerung praktisch vernachlässigt werden.The rods containing boron can burn up in 32 years of full-load operation up to 60% of the B-10 portion; as a result of the high self-shielding of the fresh Rods (black absorber) does not reduce the effectiveness of the poisoning proportionally with the B-10 density aba so that the loss of B-10 due to a reduction in self-shielding is largely compensated. The burn-up can therefore be considered in terms of effectiveness of the rods are practically neglected during core emptying.

Die Stäbe können in gesonderten Bohrungen des Reflektor-Bodenteils angeordnet sein, und zwar vorzugsweise in von unten her in den Bodenteil eingearbeiteten Bohrungen. Dies hat den Vorteil, daß die Stäbe nicht in direkten Kontakt mit dem Kühlgas in dem Reaktorkern kommen und somit vermieden wird, daß bei Wassereinbruch bzw. bei Vorhandensein von Wasserdampf im Kühlgas sich das Bor durch Korrosion verflüchtigt.The rods can be in separate holes in the reflector bottom part be arranged, preferably in machined from below into the bottom part Drilling. This has the advantage that the rods are not in direct contact with the Cooling gas come into the reactor core and thus it is avoided that in the event of water ingress or in the presence of water vapor in the cooling gas, the boron evaporates through corrosion.

Die Dimensionen der Stäbe erlauben jedoch auch ihre Unterbringung in Kühlgasbohrungen, wodurch eine zusätzliche Bearbeitung des Reflektor-Bodenteils vermieden wird. Eine ausreichende Vergiftung des Bodenteils ergibt sich bereits dann, wenn ca. 10 % aller Kühlgasbohrungen mit Stäben bestückt sind. Die Verstopfung einer Anzahl von Kühlgasbohrungen führt zwar zu einem erhöhten Druckverlust im Reflektor-Bodenteil und wirkt sich damit auch auf den Wirkungsgrad des Kernreaktors aus. Wie eine Abschätzung zeigt, ist die Anderung des Wirkungsgrades bei 10 % verschlossener Kühlgasbohrungen jedoch kleiner oder gleich - 0,1 %.However, the dimensions of the bars also allow them to be accommodated in cooling gas holes, which means additional processing of the reflector base part is avoided. Sufficient poisoning of the bottom part already results when approx. 10% of all cooling gas bores are equipped with rods. The constipation a number of cooling gas holes leads to an increased pressure loss in the reflector bottom part and thus also affects the efficiency of the nuclear reactor. Like an estimate shows, is the change in efficiency with 10% closed cooling gas holes but less than or equal to - 0.1%.

Die Stäbe können aus Ferrobor, Borkohlenstoff oder aus einem Gemisch von Bor und Graphit (boriertem Graphit) bestehen. Am günstigsten ist die Verwendung von boriertem Graphit.The rods can be made of ferroboron, boron carbon or a mixture consist of boron and graphite (borated graphite). It is best to use it of borated graphite.

Um sicherzustellen, daß innerhalb von 40 Reaktorbetriebsjahren der Abbrand des B-C-Gemisches in tolerablen Grenzen bleibt, wird ein Gemisch vorgeschlagen, bei dem die Dichte des natürlichen Bors mindestens 1,7 g/cm3 beträgt. Die B-C-Stäbe besitzen dann eine ausreichende Schwärze gegenüber Neutronen, so daß der Abbrand nur von der Oberfläche her fortschreitet. Aus Berechnungen ergibt sich, daß nach 40 Betriebsjahren nur etwa 10 % der Wirksamkeit der B-C-Stäbe verlorengehen.To ensure that the Burning of the B-C mixture remains within tolerable limits, a mixture is proposed in which the density of natural boron is at least 1.7 g / cm3. The B-C bars then have a sufficient blackness with respect to neutrons, so that the burnup only progresses from the surface. Calculations show that after 40 years of operation only about 10% of the effectiveness of the B-C rods is lost.

Die Wirksamkeit der B-C-Stäbe läßt sich noch dadurch steigern, daß Bor mit angereichertem B-10 verwendet wird. Günstige Werte ergeben sich bei einem Anreicherungsgrad von mindestens 65 %.The effectiveness of the B-C rods can be increased by the fact that Boron is used with enriched B-10. Favorable values result from a Degree of enrichment of at least 65%.

Im Hinblick auf eine leichte Bearbeitbarkeit der B-C-Stäbe soll der Anteil an Bor nach Möglichkeit nicht höher als 30 Gewichtsprozente betragen. Es wird daher vorgeschlagen, B-C-Stäbe mit einer Dichte von 1,65 g/cm3 zu verwenden, bei der der Anteil an Bor 30 Gewichtsprozente beträgt und das Bor um 90 % mit B-10 angereichert ist, und die Stäbe in einer tieferen Schicht des Reflektor-Bodenteils anzuordnen.In order to make the B-C rods easy to work with, the If possible, the boron content should not exceed 30 percent by weight. It it is therefore suggested to use B-C bars with a density of 1.65 g / cm3, in which the proportion of boron is 30 percent by weight and the boron by 90% with B-10 is enriched, and the rods in a deeper layer of the reflector bottom part to arrange.

D.h. die oberen Enden der B-C-Stäbe befinden sich um einige cm unterhalb der Oberkante des Bodenteils. Die Wirksamkeit solcher Stäbe ist hinreichend groß, um ein Wiederkritischwerden des Reaktorkerns bei der Entleerung zu verhindern.This means that the upper ends of the B-C rods are a few cm below the top of the bottom part. The effectiveness of such bars is sufficiently great in order to prevent the reactor core from becoming critical again during emptying.

Die B-C-Stäbe haben vorzugsweise einen Durchmesser von 13 bis 15 mm, und ihre Länge kann zwischen 10 und 20 cm betragen. Untersuchungen haben gezeigt, daß etwa 13 bis 19 Stäbe aus Bor-5raphit-Gemisch pro Reflektorstein genügen, um eine ausreichende Unterkritikalität (Keff = ca. 0,9) beim Entleeren des Reaktorkerns zu erreichen.The B-C bars preferably have a diameter of 13 to 15 mm, and their length can be between 10 and 20 cm. Research has shown that about 13 to 19 rods made of boron-5raphite mixture per reflector stone suffice to sufficient subcriticality (Keff = approx. 0.9) when emptying the reactor core to reach.

Zum Schutz gegen Korrosionen können die Stäbe noch mit einer Umhüllung aus Stahl versehen sein.To protect against corrosion, the rods can also be covered with a cover be made of steel.

Anhand eines Beispiels wird die Erfindung nachstehend erläutert. Die Figuren zeigen in schematischer Darstellung: Fig. 1 einen gasgekühlten Kernreaktor mti kugelförmigen Brennelementen im Längsschnitt, Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Bodenteil des Reflektors im Querschnitt, Fig. 3 eine graphische Darstellung des Verlaufs des Faktors Kern während der Entleerung eines Reaktorkerns ohne vergifteten Reflektor-Bodenteil.The invention is explained below using an example. the Figures show in schematic representation: FIG. 1 a gas-cooled nuclear reactor mti spherical fuel assemblies in longitudinal section, Fig. 2 shows a section of the Bottom part of the reflector in cross section, Fig. 3 is a graphic representation of the Course of the core factor during the emptying of a reactor core without poisoned Reflector bottom part.

Die Fig. 1 läßt einen gasgekühlten Kernreaktor erkennen, der im wesentlichen einen Spannbetonbehälter 1 und den von diesem umschlossenen Kern 2 umfaßt. Der Kern 2 besteht aus einer Schüttung 3 kugelförmiger Brennelemente, die über eine nicht näher gezeigte Beschickungsanlage durch ein Zugaberohr 4 oben dem Kern 2 zugegeben und unten über sechs Abzugsrohre 5 aus dem Kern abgezogen werden, wodurch ein gleichmäßiges paralleles Fließen der Brennelemente bei der Kenentleerung gewährleistet ist.Fig. 1 reveals a gas-cooled nuclear reactor which essentially a prestressed concrete container 1 and the core 2 enclosed by this. The core 2 consists of a bed of 3 spherical fuel elements that do not have a The charging system shown in more detail is added to the core 2 through an addition pipe 4 at the top and pulled down from the core via six exhaust pipes 5, whereby a uniform parallel flow of the fuel assemblies is guaranteed when emptying.

Der Kernreaktor wird im sogenannten Einfachdurchlaufverfahren betrieben, d.h. es werden nur frische Brennelemente in den Kern 2 eingegeben, und diese haben nach einmaligem Durchlaufen des Kerns ihren Endabbrand erreicht, worauf sie dem Kern entnommen werden.The nuclear reactor is operated in the so-called single-pass process, i.e. only fresh fuel elements are put into the core 2 and these have after going through the core once, it reaches its final burn, whereupon it dem Core can be removed.

Der Kern 2 selbst ist von einem Reflektor umgeben, der aus einem Deckenreflektor 6, einem zylindrischen Seitenreflektor 7 und einem Bodenreflektor 8 gebildet ist. Die Brennelement-Schüttung 3 wird von oben nach unten von Kühlgas durchströmt, was durch Pfeile angedeutet ist (die Zuführung des Kühl gases ist nicht weiter dargestellt). Die Ableitung des Kühlgases erfolgt durch Bohrungen 10 in dem aus Graphitsteinen 11 aufgebauten Bodenreflektor 8, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist.The core 2 itself is surrounded by a reflector consisting of a ceiling reflector 6, a cylindrical side reflector 7 and a bottom reflector 8 is formed. The fuel element bed 3 is flowed through from top to bottom by cooling gas, which is indicated by arrows (the supply of the cooling gas is not shown further). The cooling gas is discharged through bores 10 in the graphite stone 11 constructed floor reflector 8, as can be seen from FIG.

Die Abschaltung des Kernreaktors wird mittels einer Anzahl von Absorberstäben 9 und 12 vorgenommen. Die Absorberstäbe 9 werden direkt von oben in die Brennelementschüttung 3 eingefahren, wobei sie pneumatisch angetrieben werden. Die Absorberstäbe 12 werden in Oeffnungen 13 des Seitenreflektors 7 bewegt, und zwar mittels Schwerkraft bzw. elektrisch. Die Regelung und Steuerung des Kernreaktors wird mit Hilfe eines Regelsystems vorgenommen, das aus Absorberstäben 9 besteht, die bankweise oberhalb der Schüttung 3 verfahren werden können. In ihrer Normalstellung sind sie etwa 20 % in den Hohlraum über der Schüttung 3 eingefahren.The shutdown of the nuclear reactor is carried out by means of a number of absorber rods 9 and 12 made. The absorber rods 9 are inserted directly from above into the fuel element bed 3 retracted, where they are pneumatically driven. The absorber rods 12 are moved in openings 13 of the side reflector 7, by means of gravity or electric. The regulation and control of the nuclear reactor is with the help of a Control system made, which consists of absorber rods 9, the banks above the bed 3 can be moved. In their normal position they are about 20% into the cavity retracted over the bed 3.

Als Beispiel wird ein 3000-MW -Kernreaktor betrachtet. Der th Kern 2 besitzt einen Radius von 5,6 m und eine Höhe von 5,54 m. 168 Absorberstäbe 9 sind zum Abschalten über den Kern 2 verteilt; sie sind 4,50 m tief in den Kern 2 eingefahren. Der Bodenreflektor 8 besitzt im Mittel eine Dicke von 1,0 m.A 3000 MW nuclear reactor is considered as an example. The th core 2 has a radius of 5.6 m and a height of 5.54 m. 168 absorber rods 9 are distributed over the core 2 for switching off; they are driven 4.50 m deep into the core 2. The floor reflector 8 has an average thickness of 1.0 m.

Wie die Fig. 2 zeigt, besteht der Bodenreflektor 8 aus einer Vielzahl von Graphitsteinen 11 mit hexagonalem Querschnitt.As FIG. 2 shows, the floor reflector 8 consists of a plurality of graphite stones 11 with a hexagonal cross-section.

Jeder Graphitstein 11 weist 127 Bohrungen 10 für den Durchtritt des Kühlgases auf. Der Bodenreflektor 8 ist mit einer Anzahl von Stäben 14 aus boriertem Graphit vergiftet, die in die Kühlgasbohrungen 10 eingesetzt sind. Um eine hinreichende Unterkritikalität (Keff = ca. 0,9) bei der Entleerung des Kerns 2 zu gewährleisten, genügen 13 bis 19 solcher Stäbe 14 pro Graphitstein 11, wenn die Dichte des natürlichen Bors in.den Stäben 14 mindestens 1,7 g/cm3 beträgt und das Bor mit B-10 angereichert ist. Die Stäbe 14 haben einen Durchmesser von 13 bis 15 mm und eine Länge von 10 bis 20 cm.Each graphite stone 11 has 127 holes 10 for the passage of the Cooling gas. The floor reflector 8 is made of borated with a number of rods 14 Poisoned graphite, which are inserted into the cooling gas bores 10. To get a sufficient To ensure sub-criticality (Keff = approx. 0.9) when emptying core 2, 13 to 19 such rods 14 per graphite stone 11 suffice if the density of the natural Boron in the rods 14 is at least 1.7 g / cm3 and the boron is enriched with B-10 is. The rods 14 have a diameter of 13 to 15 mm and a length of 10 up to 20 cm.

Die beiden oberen Graphitsteine lla der Fig. 2 zeigen die mögliche Anordnung der Stäbe 14 bei Verwendung von 19 dieser Stäbe. Sind nur 13 Stäbe 14 pro Graphitstein erforderlich, so können diese so auf die Kühlgasbohrungen 10 verteilt sein, wie es in den Graphitsteinen 11b der Fig. 2 wiedergegeben ist Bei der Vergiftung des Bodenreflektors 8 mit 13 Stäben borierten Graphits ergibt sich für den teilentleerten Kern 2 eine Wirksamkeit von 14 %6k/k. Der Keff-Wert des vollen Kerns 2 verringert sich durch die Vergiftung nur unwesentlich um 0,045 $ %k/k. Der Abbrand des B-10 verursacht in 32 Vollastjahren nur eine Abnahme der Wirksamkeit der Stäbe 14 um 1,3 %iXk/k, was als unbedenklich gelten kann.The two upper graphite stones 11a of FIG. 2 show the possible Arrangement of the rods 14 when using 19 of these rods. Are only 13 bars 14 required per graphite stone, they can be distributed over the cooling gas bores 10 in this way as it is shown in the graphite stones 11b of FIG at the poisoning of the floor reflector 8 with 13 rods of borated graphite results for the partially emptied core 2 an effectiveness of 14% 6k / k. The keff value of the full Core 2 is only insignificantly reduced by $ 0.045% c / c due to the poisoning. Of the Burning down of the B-10 causes only a decrease in effectiveness in 32 full-load years of the bars 14 by 1.3% iXk / k, which can be considered harmless.

In der Fig. 3 ist eine graphische Darstellung wiedergegeben, die den Verlauf von K eff beim Entleeren des Kerns eines Reaktors mit kugelförmigen Brennelementen zeigt, dessen Bodenreflektor nicht mit Bor vergiftet ist. Auf der Ordinate ist der Neutronenvervielfachungsfaktor K eff aufgetragen, während auf der Abszisse die Höhe des Kerns in Kernteilen verzeichnet ist. Die Entfernung erfolgt bei vollständig eingefahrenen Absorberstäben.In Fig. 3 is a graph showing the Course of K eff when emptying the core of a reactor with spherical fuel elements shows whose bottom reflector is not poisoned with boron. On the ordinate is the Neutron multiplication factor K eff is plotted, while the height is on the abscissa of the core is listed in core parts. The removal takes place at complete retracted absorber rods.

Bei Beginn weist der Kern einen Keff-Wert von 0,84 auf.At the beginning, the core has a Keff value of 0.84.

Bei fortschreitender Entleerung steigt der K ff-Wert an, bis der Kern bei etwa 1,2 m Füllhöhe wieder kritisch wird und bei 7/8 entleertem Kern ein Maximum von 1,12 (12 % AK/K) errreicht.As the emptying progresses, the K ff value increases until the core becomes critical again at about 1.2 m filling level and a maximum when the core is 7/8 empty of 1.12 (12% AK / K) was achieved.

Durch die heterogene Vergiftung des Bodenreflektors 8 mit einem Borgemisch oder einer Borverbindung wird das Wiederkritischwerden des Kerns 2 auch nach langer Betriebszeit mit Sicherheit vermieden.Due to the heterogeneous poisoning of the floor reflector 8 with a boron mixture or a boron compound, the core 2 becomes critical again even after a long time Operating time avoided with certainty.

Claims (11)

Ansprüche r Gasgekühlter Kernreaktor, bei dem der aus einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente gebildete Kern von oben nach unten von dem Kühlgas durchströmt wird und die Brennelemente nach einmaligem Durchlaufen der Schüttung den gewünschten Endabbrand erreicht haben und nach unten aus der Schüttung abgezogen werden, mit einem die Schüttung allseitig umgebenden Reflektor aus Graphitsteinen, durch dessen Deckenteil Absorberstäbe direkt in die Schüttung einfahrbar sind und dessen Bodenteil Kühl das bohrungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in dem Bodenteil (8) des Reflektors neutronenabsorbierendes Material vorgesehen ist, wobei als neutronenabsorbierendes Material Bor in Verbindung oder im Gemisch mit einem anderen Material verwendet wird, daß die Borverbindung bzw. das Gemisch zur Begrenzung des Abbrandes zu Stäben (14) geformt ist und daß die Stäbe (14) in Bohrungen (10) des Bodenteils (8) des Reflektors eingesetzt sind. Claims r gas-cooled nuclear reactor, in which the from a bed spherical fuel elements formed core from top to bottom flows through the cooling gas is and the fuel assemblies the desired after one pass through the bed Have reached final burn and are withdrawn from the bed downwards, with a reflector made of graphite stones surrounding the bed on all sides, through its Ceiling part absorber rods are directly retractable into the bed and its bottom part Cool that has bores, characterized in that in a manner known per se in the bottom part (8) of the reflector neutron-absorbing material is provided is, with boron as a neutron-absorbing material in combination or in a mixture is used with another material that the boron compound or the mixture is shaped to limit the burn-up to rods (14) and that the rods (14) in Bores (10) of the bottom part (8) of the reflector are used. 2. Gasgekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Unterbringung der Stäbe (14) Kühlgasbohrungen (10) benutzt werden.2. Gas-cooled nuclear reactor according to claim 1, characterized in that that cooling gas bores (10) are used to accommodate the rods (14). 3. Gasgekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe aus Ferrobor hergestellt sind.3. Gas-cooled nuclear reactor according to claim 1 or 2, characterized in that that the rods are made of ferroboron. 4. Gasgekühlter Nernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe aus Borkohlenstoff hergestellt sind.4. Gas-cooled core reactor according to claim 1 or 2, characterized in that that the rods are made of boron carbon. 5. Gasgekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (14) aus boriertem Graphit bestehen.5. Gas-cooled nuclear reactor according to claim 1 or 2, characterized in that that the rods (14) consist of borated graphite. 6. Gasgekühlter Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des natürlichen Bors in den Stäben (14) mindestens 1, 7 g/cm3 beträgt.6. Gas-cooled nuclear reactor according to claim 5, characterized in that that the density of the natural boron in the rods (14) is at least 1.7 g / cm3. 7. Gasgekühlter Kernreaktor nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der borierte Graphit mit mindestens 65 % an B-10 angereichert ist.7. Gas-cooled nuclear reactor according to claim, characterized in that that the borated graphite is enriched with at least 65% in B-10. 8. Gasgekühlter Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der borierte Graphit eine Dichte von 1,65 g/cm3 aufweist und 30 Gewichtsprozente Bor mit einem Anreicherungsgrad von 90 8 B-10 enthält.8. Gas-cooled nuclear reactor according to claim 5, characterized in that that the borated graphite has a density of 1.65 g / cm3 and 30 percent by weight Contains boron with an enrichment level of 90 8 B-10. 9. Gasgekühlter Kernreaktor nach den Ansprüchen 5, 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (14) einen Durchmesser von 13 bis 15 mm und eine Länge von 10 bis 20 cm haben.9. Gas-cooled nuclear reactor according to claims 5, 6 and 8, characterized characterized in that the rods (14) have a diameter of 13 to 15 mm and a length from 10 to 20 cm. 10. Gasgekühlter Kernreaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Graphitstein (11) des Reflektor-Bodenteils (8) 13 bis 19 Stäbe (14) angeordnet sind.10. Gas-cooled nuclear reactor according to claim 9, characterized in that that in each graphite stone (11) of the reflector bottom part (8) 13 to 19 rods (14) are arranged. 11. Gasgekühlter Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe mit einer Stahlumhüllung versehen sind.11. Gas-cooled nuclear reactor according to claim 5, characterized in that that the bars are provided with a steel casing.