DE3123524A1 - High-temperature reactor which is cooled with helium and has a core of spherical fuel elements - Google Patents

Abstract

The invention relates to a means for shutting down a high-temperature reactor which is cooled with helium and has a core consisting of spherical fuel elements. This means which permits a probable residual risk to be covered comprises two diverse shut-down systems which are independent of one another. The first shut-down system consists of absorber rods which can be moved into bores of the side reflector and of absorber rods which can be moved into the core and serves for rapid and long-term shut-down and for controlling the reactor. The second shut-down system is only used for long-term shut-downs and is formed by a device with which helium-3 can be fed into the reactor core.

Description

Mit HeI ium gekühltet Hochtemperáturreåktor mit einem Heat-cooled high-temperature reactor with a

Kern aus kugelförmigen Brennelementen Die Erfindung betrifft einen mit Helium gekühlten Hochtemperaturreaktor mit einem Kern aus kugelförmigen Brennelementen, der von einem Deckenreflektor, einem zylindrischen Seitenreflektor und einem Bodenreflektor umgeben ist, mit in Bohrungen des Seitenreflektors einfahrbaren Absorberstäben (Reflektorstäben) und mit von oben in den Kern einfahrbaren Absorberstäben (Kernstäben) sowie mit zwei voneinander unabhängigen, diversitären Abschaltsystemen. Spherical Fuel Assembly Core The invention relates to a helium-cooled high-temperature reactor with a core of spherical fuel elements, that of a ceiling reflector, a cylindrical side reflector and a floor reflector is surrounded, with absorber rods (reflector rods) that can be retracted into holes in the side reflector and with absorber rods (core rods) that can be inserted into the core from above and with two independent, diverse shutdown systems.

Es ist bekannt, gasgekühlte Kernreaktoren mit einem aus kugelförmigen Brennelementen aufgeschütteten Kern für Abschalt-und Regelvorgänge mit Kernstäben und Reflektorstäben auszustatten. Nach den bestehenden behördlichen Sicherheitsvorschriften, die beim Betrieb von Kernreaktoranlagen einzuhalten sind, müssen diese Anlagen zur Erhöhung der Sicherheit mit zwei voneinander unabhängigen, diversitären Abschaltsystemen ausgerüstet sein. Das zweite Abschaltsystem muß dabei - ebenso wie das erste Abschaltsystem - derart ausgelegt sein, daß im Normalbetrieb und bei Störfällen hinreichend negative Reaktivität in den Reaktorkern eingebracht werden kann, um diesen unterkritisch zu machen und beliebig lange kalt unterkritisch zu halten.It is known to have gas-cooled nuclear reactors with a spherical shape Fuel elements piled-up core for shutdown and control processes with core rods and to equip reflector rods. According to the existing official safety regulations, which are to be complied with during the operation of nuclear reactor plants, these plants must for Increased safety with two independent, diverse shutdown systems be equipped. The second shutdown system must be - just like the first shutdown system - Be designed in such a way that sufficiently negative in normal operation and in the event of malfunctions Reactivity can be introduced into the reactor core to make it subcritical to make and to keep cold subcritically as long as desired.

Aus Gründen der Verfügbarkeit soll die Wiederaufnahme des Reaktorbetriebs sowohl nach Einsatz des ersten als auch des zweiten Abschaltsystems möglich sein.For reasons of availability, reactor operations are to be resumed be possible after using the first as well as the second shutdown system.

Die beiden Abschaltsysteme haben alle während des Reaktorbetriebes anfallenden Abschalt- und Regelaufgaben zu übernehmen. Die ersteren umfassen die Teil- oder Schnellabschaltung sowie die Voll- oder Langzeitabschaltung des Reaktors.The two shutdown systems all have during the reactor operation to take over any shutdown and control tasks. The former include the Partial or rapid shutdown as well as full or long-term shutdown of the reactor.

Zu den Regelaufgaben gehören die Schnellast- und die Feinregelung. Als Teil- oder Schnellabschaltung des Reaktors wird die Maßnahme bezeichnet, bei der durch Einbringen von negativer Reaktivität in den Kern der Reaktor bei einem Störfall mit hoher Zuverlässigkeit ausreichend schnell unterkritisch gemacht wird und in diesem Zustand über eine bestimmte Zeitspanne gehalten werden kann. Während dieser Zeit können Störungen erkannt und beseitigt werden. Darauf kann der Reaktor im sogenannten Heiß start wieder kritisch gemacht werden (falls die sich aufbauende Xenon-135-Konzentration es noch zuläßt). Ist die Behebung des Schadens innerhalb einer bestimmten Zeit nicht möglich, muß weitere Abschaltreaktivität in den Reaktorkern eingebracht und gegebenenfalls eine Voll-oder Langzeitabschaltung vorgenommen werden.The control tasks include fast load and fine control. The measure is referred to as partial or rapid shutdown of the reactor by introducing negative reactivity into the core of the reactor at a Incident is made subcritical sufficiently quickly with high reliability and can be kept in this state for a certain period of time. While During this time, faults can be identified and eliminated. The reactor can do that be made critical again in the so-called hot start (if the Xenon-135 concentration still allows). Is the repair of the damage within Not possible for a certain time, further shutdown reactivity must be in the reactor core introduced and, if necessary, a full or long-term shutdown can be carried out.

Aus der DE-OS 24 51 748 ist ein gasgekühlter Kernreaktor mit kugelförmigen Brennelementen bekannt, der über zwei voneinander unabhängige, diversitäre Abschaltsysteme verfügt.From DE-OS 24 51 748 is a gas-cooled nuclear reactor with spherical Fuel assemblies known that have two independent, diverse shutdown systems disposes.

Das erste, für die Teil- oder Schnellabschaltung bestimmte Abschaltsystem umfaßt eine Anzahl von Reflektorstäben, während das zweite, der Voll- oder Langzeitabschaltung dienende Abschaltsystem von Kernstäben gebildet wird.The first shutdown system intended for partial or rapid shutdown comprises a number of reflector rods, during the second, the full or long-term shutdown serving shutdown system is formed by core rods.

Die Aufgaben der Fein- und der Schnellastregelung werden von ausgewählten Reflektorstäben übernommen, die nicht zur Schnellabschaltung reserviert sind. Zur Ausregelung längerfristiger Reaktivitätsänderungen können auch zusätzlich ausgewählte Kernstäbe benutzt werden.The tasks of fine and fast load control are selected by Reflector rods that are not reserved for quick shutdown are taken over. To the Adjustment of longer-term reactivity changes can also be selected additionally Core rods are used.

In der DE-OS 26 12 178 wird ein weiterer gasgekühlter Kernreaktor mit kugelförmigen Brennelementen und zwei voneinander unabhängigen, diversitären Abschaltsystemen beschrieben. Bei diesem Reaktortyp erreichen die Brennelemente den gewünschten Endabbrand bereits nach einmaligem Durchlaufen des Reaktorkerns, wobei sich in seinem oberen Drittel ein Maximum der Leistungsdichte einstellt. Das erste Abschaltsystem, das für die Voll- oder Langzeitabschaltung vorgesehen ist, wird von Kernstäben gebildet. Die Teil- oder Schnellabschaltung des Kernreaktors erfolgt durch das zweite Abschaltsystem, das im Deckenreflektor und in dem von dem Deckenreflektor und der Brennelementschüttung begrenzten Hohlraum bewegbare Absorberstäbe umfaßt. Die Schnellast- und Feinregelung dieses Kernreaktors wird mittels (Seiten-) Reflektorstäben vorgenommen, die fast immer eingefahren sind und den Graphit des Seitenreflektors vor einer hohen Dosis schneller Neutronen schützen.In DE-OS 26 12 178, another gas-cooled nuclear reactor is used with spherical fuel elements and two independent, diverse ones Shutdown systems described. In this type of reactor, the fuel elements reach the desired final burn-up after having passed through the reactor core once, whereby a maximum of the power density is established in its upper third. That first shutdown system that is intended for full or long-term shutdown, is formed by core rods. The partial or rapid shutdown of the nuclear reactor takes place through the second shutdown system, which is in the ceiling reflector and in that of the Ceiling reflector and the fuel element bed limited cavity movable absorber rods includes. The fast load and fine control of this nuclear reactor is carried out by means of (side) Made reflector rods that are almost always retracted and the graphite of the Protect the side reflector from a high dose of fast neutrons.

Aus der DE-OS 27 53 928 ist ein Verfahren zum Abschalten eines gasgekühlten Kernreaktors mit kugelförmigen Brennelementen bekannt, bei dem ein neutronenabsorbierender Stoff in feiner Verteilung in den Kühlgaskreislauf eingebracht wird, und zwar vor dem Wärmeaustausch zwischen Kühlgas und Brennelementen.From DE-OS 27 53 928 a method for switching off a gas-cooled Nuclear reactor with spherical fuel elements known, in which a neutron absorbing Substance is introduced into the cooling gas circuit in fine distribution, namely before the heat exchange between cooling gas and fuel assemblies.

Als Neutronenabsorber wird eine Gadolinium-haltige Substanz vorgeschlagen; diese verteilt sich vor dem Eindringen des Kühl gases zwischen die Brennelemente in dem Gas und schlägt sich dann zumindest teilweise auf der graphitischen Oberfläche der Brennelemente nieder. Das Anlagern des Gadoliniums auf den Brennelementen führt zu einer starken Reaktivitätsverminderung. Eine Entfernung des Gadoliniums aus dem Reaktorkern ist nicht möglich. Dieses bekannte Verfahren soll sowohl als zweites Abschaltsystem als auch zur Notabschaltung eingesetzt zu setzt werden. Sein Funktionieren ist jedoch davon abhängig, daß der Kühlgasstrom nicht unterbrochen wird. A gadolinium-containing substance is proposed as a neutron absorber; this is distributed between the fuel assemblies before the cooling gas penetrates in the gas and then at least partially hits the graphitic surface the fuel elements down. The deposition of the gadolinium on the fuel elements leads to a strong reduction in reactivity. A removal of the gadolinium from the Reactor core is not possible. This known method is intended both as a second Shutdown system as well as to be used for emergency shutdown. Its functioning however, it is dependent on the cooling gas flow not being interrupted.

Bekannt ist es auch, dem Kühlgas ein-neutronenabsorbierendes Gas, z. B. Borfluorid, beizumischen. So wird in der DE-AS1123415 eine Einrichtung zum selbsttätigen Abschalten eines Kernreaktors bei Überschreiten einer bestimmten Kerntemperatur beschrieben, bei der ein neutronenabsorbierendes Gas aus einem im Austrittsraum des Kühlgases angeordneten Gefäß durch Leitungen geführt wird, die in dem Eintrittsraum des Kühlgases enden. Zum Abschalten des Reaktors sind größere Gasmengen erforderlich, die später wieder von dem Kühlgas getrennt werden müssen. It is also known to add a neutron-absorbing gas to the cooling gas, z. B. boron fluoride to be admixed. So in DE-AS1123415 a device for automatic shutdown of a nuclear reactor when a certain core temperature is exceeded described in which a neutron-absorbing gas from one in the exit space of the cooling gas arranged vessel is passed through lines in the inlet space of the cooling gas end. Larger amounts of gas are required to shut down the reactor, which later have to be separated from the cooling gas again.

Bei Verwendung von Borfluorid muß zudem mit Schädigungen der Reaktorbauteile infolge von Korrosionen- gerechnet werden. When using boron fluoride, the reactor components must also be damaged as a result of corrosion.

Zum Stand der Technik gehört ferner noch die DE-PS 1 054 186, die ebenfalls die Zugabe eines neutronenabsorbierenden Gases zum Kühlgas eines Kernreaktors zum Inhalt hat. Diese Maßnahme dient hier jedoch nur zum Regeln des Kernreaktors, und das neutronenabsorbierende Gas wird daher in regelbarer Menge in den Reaktorkern eingebracht. Bei Verwendung von Helium (Helium-4) als Kühlmittel kann als Neutronenabsorber Helium-3 zum Einsatz kommen. Durch eine Trennanlage kann das Helium-3 wieder aus dem Kühlgas entfernt werden.The prior art also includes DE-PS 1 054 186, the also the addition of a neutron-absorbing gas to the cooling gas of a nuclear reactor has to the content. However, this measure only serves to regulate the nuclear reactor, and the neutron absorbing gas is therefore in a controllable amount in the reactor core brought in. When using helium (helium-4) as a coolant, it can act as a neutron absorber Helium-3 are used. The helium-3 can be removed again through a separation system removed from the cooling gas.

Von diesem Stand der Technik wird bei der Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, durch Verbesserung des Abschaltkonzeptes bei einem mit Helium gekühlten Hochtemperaturreaktor der eingangs beschriebenen Bauart ein probabilistisches Restrisiko abzudecken und damit die Reaktorsicherheit zu erhöhen.The invention is based on this prior art, wherein it is based on the task of improving the shutdown concept for a helium-cooled high-temperature reactor of the type described at the beginning cover probabilistic residual risk and thus increase reactor safety.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das erste Abschaltsystem für die Schnell- und Langzeitabschaltung sowie für die Durchführung sämtlicher Regelaufgaben vorgesehen ist und von den Reflektor- und den Kernstäben gebildet wird und daß das zweite Abschaltsystem nur für Langzeitabschaltungen vorgesehen ist und aus einer Vorrichtung zur an sich bekannten Einspeisung von Helium-3 in den Reaktorkern besteht.According to the invention this object is achieved in that the first Shutdown system for quick and long-term shutdown as well as for implementation of all control tasks is provided and of the reflector and core rods is formed and that the second shutdown system is only intended for long-term shutdowns is and from a device for the per se known feeding of helium-3 in the reactor core.

Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung kann das zweite Abschaltsystem zusätzlich auch für ausgewählte Regelaufgaben eingesetzt werden.According to a further development of the invention, the second shutdown system can also be used for selected control tasks.

Das Ab schal tkonzept des erfindungsgemäßen H6Q¾temperaturreaktors löst neben der Erfüllung der Forderung nach zwei diversitären Abschaltsystemen die bereits genannte Aufgabe, ein probabilistisches Restrisiko abzudecken. Dieses Restrisiko ergibt sich einerseits aus der heute allgemein anerkannten Grenze der Eintrittswahrscheinlichkeit von 10'6/a für die Unterscheidung von Störfällen, für die der Reaktor auszulegen ist, von den hypothetischen Störfällen und andererseits aus der heute technisch erreichbaren Nichtverfügbarkeit eines Absorberstabsystems von ca. 10 4 bis 10 5 pro Anforderung.The shutdown concept of the H6Q temperature reactor according to the invention in addition to meeting the requirement for two diverse shutdown systems, the the aforementioned task of covering a probabilistic residual risk. This residual risk results on the one hand from the now generally recognized limit of the probability of occurrence of 10'6 / a for the differentiation of accidents for which the reactor is to be designed is, from the hypothetical accidents and, on the other hand, from today's technical achievable unavailability of an absorber rod system of approx. 10 4 to 10 5 per requirement.

Da mit einer Anforderungshäufigkeit an das Absorberstabsystem von größer als l/a gerechnet werden muß, ist es notwendig, es. notwendig, den noch fehlenden Rest an Zuverlässigkeit einer Reaktorabschaltung dadurch sicherzustellen, daß neben der Abschaltung mit Absorberstäben ein anderes Abschaltsystem verwendet wird. Gemäß der Erfindung besteht daher das zweite Abschaltsystem aus einer Einspeisevorrichtung für Helium3.Since with a frequency of demands on the absorber rod system of greater than 1 / a must be expected, it is necessary to. necessary, the ones that are still missing Rest of the reliability of a reactor shutdown to ensure that besides a different shutdown system is used for shutdown with absorber rods. According to According to the invention, the second shutdown system therefore consists of a feed device for helium3.

Mit diesem Abschaltsystem wird der.Reaktor in den Fällen, in denen das von den Absorberstäben gebildete erste Abschaltsystem nicht verfügbar ist, unterkritisch gemacht und in diesem Zustand gehalten. Da nach den behördlichen Genehmigungsvorschriften für häufige Störungen (ca.> l/Lebensdauer) die Beherrschung des Ereignisablaufs auch bei Ausfall des ersten Abschaltsystems gefordert wird, sind die Anforderungen, denen das zweite Abschaltsystem in Bezug auf die Einsatzgeschwindigkeit und damit auf den Automatisierungsgrad genügen muß, geringer als die an das erste Abschaltsystem gestellten Anforderungen.With this shutdown system, the reactor is shut down in cases where the first shutdown system formed by the absorber rods is not available, subcritical made and kept in this condition. Because according to the official approval regulations for frequent malfunctions (approx.> l / service life) the control of the sequence of events is also required if the first shutdown system fails, the requirements are which the second shutdown system in relation to the operating speed and thus on the degree of automation must suffice, lower than that of the first shutdown system requirements.

Grundsätzlich ist die Verwendung eines Absorbergases für die Abschaltung eines Kugelhaufenreaktors mit dem Vorteil verbunden, daß alle Brennelemente, die von dem Kühlgas umspült werden, auch von dem Absorbergas erreicht werden können. Zudem bleiben Zustände im Reaktorkern, die sich für andere Abschaltsysteme ungünstig auswirken können (z. B. Verdichtung des Kugelhaufens, erhöhte Temperaturen, Erdbebenfolgen), für die Abschaltung mit Absorbergas ohne Bedeutung.Basically, an absorber gas is used for shutdown a pebble bed reactor with the advantage that all fuel elements that are washed around by the cooling gas, can also be reached by the absorber gas. In addition, conditions remain in the reactor core that are unfavorable for other shutdown systems can have an impact (e.g. compaction of the globular cluster, increased temperatures, earthquake consequences), irrelevant for shutdown with absorber gas.

Der Einsatz speziell von Helium-3 als Absorbergas in einem mit Helium (He-4) gekühlten Hochtemperaturreaktor ist mit einer Reihe weiterer Vorteile verbunden: Das Helium-3 ist verträglich mit Helium-4 und von diesem leicht zu trennen; es ist thermisch und radiolytisch stabil und führt, da es als Edelgas chemisch inert ist, zu keiner Beeinträchtigung der gesamten Anlage; bei Wassereinbruch in den Reaktorkern ergeben sich keine Probleme; seine unbeabsichtigte Freisetzung in die Umgebung führt zu keinerlei Umweltschäden.The use specifically of helium-3 as an absorber gas in one with helium (He-4) cooled high-temperature reactor is associated with a number of other advantages: Helium-3 is compatible with helium-4 and easy to separate from it; it is thermally and radiolytically stable and leads, as it is chemically inert as a noble gas, no impairment of the entire system; in the event of water ingress into the reactor core there are no problems; its accidental release into the environment no damage to the environment.

Die Abschaltwirkung des Helium-3 muß so bemessen sein, daß der gesamte Bedarf für eine Langzeitabschaltung abgedeckt wird. Es ist sinnvoll (aber nicht zwingend), darüber hinaus einen Abschaltreaktivitätsbetrag für längerfristig reaktivitätserhöhende Störfälle (z.B. Wassereinbruch in den Primärkreis) vorzuhalten. Für eine typische Hochtemperaturreaktor-Anlage sind hierfür etwa 25 % hK/K anzusetzen, wofür ein Helium-3-Partialdruck von etwa 34 mbar bei Raumbedingungen benötigt wird. Da dieser Partialdruck unterhalb des Atmosphärendruckes liegt, kann der Reaktor auch nach einem Druckentlastungsstörfall sicher mit dem Helium-3 abgeschaltet werden.The shutdown effect of the Helium-3 must be such that the entire The need for a long-term shutdown is covered. It makes sense (but not mandatory), in addition a switch-off reactivity amount for long-term reactivity-increasing To be prepared for accidents (e.g. water ingress into the primary circuit). For a typical For this purpose, high-temperature reactor systems have to be set at around 25% hK / K, for which a helium-3 partial pressure of about 34 mbar is required under room conditions. Because this partial pressure is below of atmospheric pressure, the reactor can also after a pressure relief accident can be safely switched off with the Helium-3.

Die das zweite Abschaltsystem bildende Einspeisevorrichtung kann einen abgeschirmt vom Neutronenfluß in dem Reaktordruckbehälter angeordneten, mit Helium-3 gefüllten Vorratsbehälter, eine Auslöseeinrichtung und ein Verteilsystem umfassen. Das Helium-3 kann für eine volle Reaktorlebensdauer, also mindestens 40 Jahre, gelagert werden. Vorteilhaft ist es, das Heluim-3 in dem Vorratsbehälter unter Überdruck gegenüber dem normalen Kühl gasdruck zu halten, da die Einspeisung auf diese Weise leichter und schneller vor sich gehen kann.The feed device forming the second shutdown system can be one shielded from the neutron flow in the reactor pressure vessel, with helium-3 include filled storage container, a triggering device and a distribution system. The helium-3 can be stored for the full life of the reactor, i.e. at least 40 years will. It is advantageous to keep the Heluim-3 in the storage container under overpressure compared to the normal cooling gas pressure to keep, since the feed in this way can go easier and faster.

Sieht man das zweite Abschaltsystem nur zur Abschaltung vor, so ist der Vorratsbehälter vorzugsweise aus einem für Helium-3 absolut undurchlässigen Material hergestellt, das durch technische Bearbeitung an bestimmten Stellen zum Schmelzen gebracht werden kann.If the second shutdown system is only intended for shutdown, then the reservoir is preferably made of one that is absolutely impermeable to helium-3 Material produced by technical processing at certain points for the Melting can be brought about.

Sehr günstig ist die Verwendung eines Vorratsbehälters, der ohne jegliche Armaturen ausgeführt ist. Das Helium-3 wird durch eine Einlaßöffnung eingefüllt, die nach Beendigung des Einfüllens durch Verschmelzen hermetisch abgedichtet wird, so daß Leckageverluste in der unter Umständen sehr langen Lagerzeit des Helium-3 bis zu seinem Einsatz völlig ausgeschlossen sind.The use of a storage container without any Fittings is executed. The helium-3 is filled through an inlet opening, which is hermetically sealed by fusing after filling, so that leakage losses in the sometimes very long storage time of the helium-3 are completely excluded until it is used.

Besonders geeignet ist ein aus Glas hergestellter Vorratsbehälter. Es kann aber auch jeder andere Werkstoff verwendet werden, der gegenüber Helium-3 eine absolute Dichtwirkung hat und an bestimmten Stellen wie Einlaßöffnungen durch technische Bearbeitung in seiner Beschaffenheit so verändert werden kann, daß die Dichtheit gewährleistet bleibt.A storage container made of glass is particularly suitable. However, any other material can also be used that is different from helium-3 has an absolute sealing effect and at certain points such as inlet openings through technical processing can be changed in its nature so that the Tightness remains guaranteed.

Für einen aus Glas hergestellten Vorratsbehälter kann vorteilhafterweise eine Abstützeinrichtung vorgesehen sein, über die er sich an einem den Glasbehälter umgebenden Stahlbehälter abstützt. Der Stahlbehälter ist zweckmäßigerweise mit Anschlußarmaturen versehen. Im Einsatzfall tritt das unter Druck stehende Helium-3 in den Stahlbehälter aus und verläßt diesen durch die Anschlußarmaturen.For a storage container made of glass can advantageously a support device can be provided via which it is attached to a glass container surrounding steel container. The steel tank is expediently equipped with connection fittings Mistake. In the event of an emergency, the pressurized helium-3 enters the steel container and leaves it through the connection fittings.

Durch mit den Anschlußarmaturen verbundene Rohrleitungen gelangt das Helium-3 in den von dem Reflektor umschlossenen Raum.The Helium-3 in the space enclosed by the reflector.

An die Rohrleitungen kann sich eine Ringleitung mit Austrittsöffnungen anschließen, durch die das Helium-3 in dem Reaktorkern verteilt wird. Durch die Ringleitung wird eine gute Verteilung des Helium-3 auch dann erreicht, wenn die Umwälzgebläse für das Kühlgas ausgefallen sind. In den Rohrleitungen können zweckmäßigerweise Absperrarmaturen vorgesehen sein. So ist es möglich, für verschiedene Anlagenzustände verschiedene Einspeiseorte zu wählen.A ring line with outlet openings can be attached to the pipelines connect, through which the helium-3 is distributed in the reactor core. Through the Ring line, a good distribution of the helium-3 is achieved even if the Circulation fans for the cooling gas have failed. In the pipelines can expediently Shut-off valves may be provided. So it is possible for different system states to choose different feed-in locations.

Um auch das restliche Helium-3 gegen den Druck des Kühlgases einspeisen und nutzen zu können, ist es vorteilhaft, ein mit Kühlgas betriebenes Spülsystem vorzusehen, das an den Stahlbehälter angeschlossen ist.To also feed the remaining helium-3 against the pressure of the cooling gas and to be able to use it, it is advantageous to have a flushing system operated with cooling gas to be provided, which is connected to the steel tank.

Die Freisetzung des Helium-3 aus dem Vorratsbehälter im Einsatzfall kann vorteilhafterweise durch redundante und diversitäre Einrichtungen ausgelöst werden, bei deren Betätigung der Vorratsbehälter zerstört wird. Im Falle eines Glasbehälters können die Einrichtungen z. B. aus Stößeln und Hammerwerken bestehen, die mechanisch von Hand betrieben oder durch elektrisch bzw. pneumatisch wirkende Mittel automatisch betätigt werden.The release of the helium-3 from the storage container in the event of an emergency can advantageously be triggered by redundant and diverse facilities which, when actuated, destroy the reservoir. In the case of a glass container the facilities z. B. consist of rams and hammer mechanisms that mechanically operated manually or automatically by electrically or pneumatically operated means be operated.

Es kann auch zweckmäßig sein, die Anschlußarmaturen des Stahlbehälters bzw. die Rohrleitungen mit einer Einrichtung auszurüsten, die ein dosierendes Einspeisen des Helium-3 in den Reaktorkern gestattet. Verzichtet man auf den Glasbehälter, so ist mit dieser Anordnung grundsätzlich auch eine Reaktivitätsregelung des Reaktors möglich.It can also be useful to connect the fittings to the steel tank or to equip the pipelines with a device that allows for metered feeding of the helium-3 allowed in the reactor core. If you do without the glass container, so with this arrangement is in principle also a reactivity control of the reactor possible.

Wegen der sicherheitstechnischen Bedeutung des Helium-3 als zweites Abschaltsystem und auch aus Kostengründen ist es ratsam, in bestimmten Zeitabständen oder kontinuierlich Funktionsprüfungen an dem Helium-3 vorzunehmen. Diese wiederkehrenden Prüfungen können Druckmessungen und auch die Kontrolle der neutronenphysikalischen Wirksamkeit des Helium-3 umfassen.Second because of the safety-related importance of helium-3 Shutdown system and also for cost reasons, it is advisable at certain time intervals or to continuously perform functional tests on the Helium-3. These recurring Tests can be pressure measurements and also the control of the neutron physical 3 Helium Effectiveness Include.

Die Druckmessung erfolgt vorteilhafterweise mittels redundanter und diversitärer Einrichtungen, die beispielsweise aus in dem Vorratsbehälter eingeschlossenen Druckmessern und Schwebekörpern sowie aus einer Wiegeeinrichtung zur Gewichtskontrolle von Glas- und Stahlbehälter bestehen.The pressure measurement is advantageously carried out by means of redundant and diverse facilities, for example from enclosed in the storage container Pressure gauges and floats as well as from a weighing device for weight control consist of glass and steel containers.

Funktionsprüfungen, die auf der chemischen und physikalischen Untersuchung des Vorratsbehälterinhalts basieren, lassen sich bei Verwendung eines Glasbehälters auf einfache Weise dadurch vornehmen, daß an dem Glasbehälter angeschmolzene Glasblasen abgetrennt werden; der verbleibende Glasstutzen wird wieder durch Schmelzen abgedichtet.Functional tests based on the chemical and physical examination the contents of the storage container can be used when using a glass container make in a simple manner that on the glass container melted glass bubbles be separated; the remaining glass socket is sealed again by melting.

Die Behälteranordnung erlaubt auch eine direkte Überprüfung der neutronenphysikalischen Wirksamkeit des eingeschlossenen Helium-3, indem man die Abschwächung eines durch die Behälterwandungen und das Helium-3 gehenden Neutronenstrahls mißt.The container arrangement also allows the neutron physical properties to be checked directly Effectiveness of the trapped helium-3 by attenuating one through the container walls and the helium-3 passing neutron beam measures.

Vorteilhafterweise kann hierzu an dem Vorratsbehälter eine Durchstrahlungs- und Meßeinrichtung angebracht sein.Advantageously, for this purpose, a radiographic and measuring device be attached.

Nach erfolgtem Einsatz läßt sich das Helium-3 durch mehrfaches Evakuieren des Kühlgaskreislaufs wieder aus demselben entfernen. Um das Helium-3 für einen erneuten Einsatz zurückzugewinnen, ist in dem Kühigaskreislauf vorteilhafterweise eine Helium-3/Helium-4-Trennanlage eingebaut. Derartige Anlagen sind Stand der Technik; sie erlauben die Rückgewinnung von mehr als 99 % des Helium-3. Der geringe Verlust an Helium-3 läßt sich vernachlässigen.After it has been used, the Helium-3 can be evacuated several times of the cooling gas circuit from the same again. To the helium-3 for one Recovering renewed use is advantageous in the cooling gas circuit a helium-3 / helium-4 separation system installed. Such systems are state of the art; they allow the recovery of more than 99% of the helium-3. The small loss of helium-3 can be neglected.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung kann das zweite Abschaltsystem neben der Einspeisevorrichtung für Helium-3 noch eine Einspeisevorrichtung für kleine Absorberkugeln umfassen, die in bestimmten Fällen nach Einsatz des Helium-3 betätigt wird. Das Einbringen von kleinen Absorberkugeln in die Brennelementschüttung eines Kugelhaufenreaktors zum Zwecke der Abschaltung oder Regelung ist aus der DE-OS2325828 bekannt. Der Durchmesser dieser Absorberkugeln ist so festgelegt, daß sie den Kugelhaufen nahezu ungehindert durchsetzen können.According to an advantageous further development of the invention, this can Second shutdown system in addition to the feed device for helium-3 and a feed device for small absorber spheres, which in certain cases after the helium-3 is operated. The introduction of small absorber balls into the fuel element bed a pebble bed reactor for the purpose of shutdown or control is from DE-OS2325828 known. The diameter of these absorber spheres is determined so that they form the globular cluster can enforce almost unhindered.

Die Einspeisevorrichtung für Absorberkugeln kann dann zum Einsatz kommen, wenn die hypothetische Kombination eines Reaktivitätsstörfalles mit einem Kühlmittelverlust-Störfall bei gleichzeitigem Versagen des ersten Abschaltsystems vorliegt und der unterkritische Zustand des Reaktors durch Einspeisen des Helium-3 nicht aufrechterhalten werden kann. Weiter können die kleinen Absorberkugeln dann verwendet werden, wenn nach Einsatz des Helium-3 während einer längeren Reparaturzeit des ersten Abschaltsystems (also des Absorberstabsystems) probabilistisch mit Primärkreisleckagen zu rechnen ist. Eine Abschätzung nach konservativen Randbedingungen ergibt bei voller Primärkreisfüllung eine zulässige Reparaturzeit von einem Monat. Da gleiche Zeit auch zur Verfügung steht, um den Druck des Kühlmittels im Reaktorkern auf den Umgebungsdruck abzusenken und das wiedergewonnene Helium-3 erneut in den Reaktorkern einzuspeisen, ist die tatsächliche Eintrittswahrscheinlichkeit für Primärkreisleckagen deutlich geringer und damit die zulässige Reparaturzeit für das Stabsystem ohne Einspeisung von Absorberkugeln größer. Die zusätzliche Möglichkeit, einen Reaktor durch Einspeisen kleiner Absorberkugeln unterkritisch zu halten, erlaubt die Beherrschung von Störfall-Kombinationen, die dem hypothetischen Bereich zuzuordnen sind.The feed device for absorber balls can then be used come when the hypothetical combination of a reactivity incident with a Loss of coolant fault with simultaneous failure of the first shutdown system is present and the subcritical state of the reactor by feeding in the helium-3 cannot be sustained. The small absorber balls can then continue be used if after using the Helium-3 during a longer repair period of the first shutdown system (i.e. the absorber rod system) probabilistic with primary circuit leaks is to be expected. An estimate based on conservative boundary conditions results in full Primary circuit filling a permissible repair time of one month. Since the same time is also available to bring the pressure of the coolant in the reactor core to the ambient pressure lowering and feeding the recovered helium-3 back into the reactor core, the actual probability of occurrence of primary circuit leaks is clear lower and thus the permissible repair time for the rod system without feed of absorber spheres larger. The additional option of feeding a reactor through Keeping small absorber spheres subcritical allows the control of accident combinations, which are to be assigned to the hypothetical area.

Anhand einer Figur wird im folgenden beispielsweise eine Helium-3-Einspeisevorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Sie bildet das zweite Abschaltsystem eines heliumgekühlten Hochtemperaturreaktors und ist im vorliegenden Fall nur für die Langzeitabschaltung konzipiert. Die Vorrichtung ist innerhalb des (nicht gezeigten) Reaktordruckbehälters angeordnet.A helium-3 feed device is illustrated below with the aid of a figure shown schematically according to the invention. It forms the second shutdown system of a helium-cooled high-temperature reactor and in the present case is only for designed for long-term shutdown. The device is within the (not shown) Reactor pressure vessel arranged.

Die Einspeisevorrichtung umfaßt einen Vorratsbehälter 1, in dem Helium-3 mit Überdruck gegenüber dem normalen Kühl gasdruck gelagert ist, eine Auslöseeinrichtung 9 und ein Verteilsystem, das aus Rohrleitungen 6 und einer (nicht dargestellten) Ringleitung besteht. Durch die Ringleitung, die sich an die Rohrleitungen 6 anschließt, kann auch dann eine gute Verteilung des Helium-3 erreicht werden, wenn die Umwälzgebläse für das Kühlgas ausgefallen sind. Sie ist mit entsprechenden Austrittsöffnungen versehen. In den Rohrleitungen 6 sind Absperrarmaturen 7 vorgesehen, die es ermöglichen, für unterschiedliche Anlagenzustände verschiedene Einspeiseorte zu wählen. Die Absperrarmaturen 7 können zudem so ausgebildet sein, daß ein dosiertes Einspeisen des Helium-3 in den Reaktorkern möglich ist.The feed device comprises a storage container 1 in which helium-3 is stored with overpressure compared to the normal cooling gas pressure, a release device 9 and a distribution system consisting of pipes 6 and a (not shown) Ring line exists. Through the ring line that connects to the pipelines 6, A good distribution of the helium-3 can also be achieved with the circulation fan for the cooling gas have failed. It is with appropriate outlet openings Mistake. Shut-off valves 7 are provided in the pipes 6, which make it possible to to choose different feed-in locations for different system states. The shut-off valves 7 can also be designed so that a metered feeding of the helium-3 in the reactor core is possible.

Der Vorratsbehälter 1 besteht aus Glas, das gegenüber Helium-3 absolut dicht ist. Er ist ohne jegliche Armaturen ausgeführt.The storage container 1 is made of glass, which is absolute compared to helium-3 is tight. It is designed without any fittings.

Das Helium-3 wird durch eine Einlaßöffnung 2 eingefüllt, die nach beendetem Einfüllen durch Verschmelzen hermetisch abgedichtet wird. Der Vorratsbehälter 1 ist so bemessen, daß das Helium-3 für eine volle Reaktorlebensdauer reicht.The helium-3 is filled through an inlet opening 2, which is after completed filling is hermetically sealed by fusing. The reservoir 1 is dimensioned so that the helium-3 is sufficient for a full reactor life.

Der Vorratsbehälter 1 ist von einem Stahlbehälter 4 umgeben, an dem er sich über eine Einrichtung 3 abstützt. Der Stahlbehälter 4 ist mit Anschlußarmaturen 5 ausgestattet, an die sich die Rohrleitungen 6 anschließen. Im Einsatzfall des Helium-3 tritt dieses in den Stahlbehälter 4 aus und gelangt durch die Anschlußarmaturen 5 in die Rohrleitungen 6. Anstelle der Absperrarmaturen 7 können die Anschlußarmaturen 5 mit einer Dosiereinrichtung versehen sein.The storage container 1 is surrounded by a steel container 4 on which he is supported by a device 3. The steel container 4 is equipped with connection fittings 5 equipped, to which the pipes 6 connect. When the Helium-3 this exits into the steel container 4 and passes through the connection fittings 5 in the pipelines 6. Instead of the shut-off valves 7, the connection fittings 5 be provided with a metering device.

Weiterhin ist der Stahlbehälter 4 mit einem Spülsystem 8 verbunden, mit dem auch das restliche Helium-3 gegen den Druck des Kühl gases aus dem Vorratsbehälter 1 gefördert werden kann.Furthermore, the steel container 4 is connected to a flushing system 8, with which also the remaining helium-3 against the pressure of the cooling gas from the storage container 1 can be funded.

Die Auslöseeinrichtung 9 zur Freisetzung des Helium-3 aus dem Vorratsbehälter 1 besteht aus mehreren redundanten und diversitären Einrichtungen, durch deren Betätigung der Vorratsbehälter 1 zerstört wird. Als Beispiel wird hier ein pneumatisch angetriebener Stößel gezeigt, der auf dem Vorratsbehälter 1 angeordnet ist und automatisch in Gang gesetzt wird.The release device 9 for releasing the helium-3 from the storage container 1 consists of several redundant and diverse facilities, through their actuation the reservoir 1 is destroyed. A pneumatically driven one is used here as an example Shown plunger, which is arranged on the storage container 1 and automatically in Gear is set.

Da dem Helium-3 als zweitem Abschaltsystem sicherheitstechnische Bedeutung zukommt, sind Einrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe Funktionsprüfungen an dem Helium-3 durchgeführt werden können. Als Beispiel für derartige Einrichtungen werden in der Figur ein der Druckmessung dienender Schwebekörper 10, der mit einem Detektor 11 verbunden ist, und eine Wiegeeinrichtung 12 gezeigt, mit der das Gewicht des Vorratsbehälters 1 sowie des Stahlbehälters 4 kontrolliert werden kann.Since the Helium-3 as the second shutdown system is of importance in terms of safety is received, facilities are provided with the help of which functional tests on the Helium-3 can be carried out. An example of such facilities will be In the figure, a float 10 which is used to measure the pressure and which is equipped with a detector 11 is connected, and a weighing device 12 is shown, with which the weight of the Reservoir 1 and the steel container 4 can be controlled.

Zur physikalischen und chemischen Untersuchung des Helium-3 werden dem Vorratsbehälter 1 Proben entnommen, und zwar sind zu diesem Zweck an dem Vorratsbehälter 1 Glasblasen 13 angeschmolzen, die bei Bedarf abgetrennt werden. Der verbleibende Glasstutzen 14 wird durch Schmelzen wieder abgedichtet. Eine solche Glasblase 13 kann auch am Ort der vormaligen Einlaßöffnung 2 vorgesehen sein. Um das Helium-3 auch neutronenphysikalisch prüfen zu können, ist an dem Vorratsbehälter 1 eine Einrichtung 15 zur Durchstrahlung des Helium-3 mit Neutronen sowie eine Meßeinrichtung angeschlossen.To be used for the physical and chemical investigation of the helium-3 Samples are taken from the storage container 1, specifically for this purpose on the storage container 1 glass bubbles 13 melted, which are separated if necessary. The remaining one Glass connector 14 is sealed again by melting. Such a glass bubble 13 can also be provided at the site of the previous inlet opening 2. To the helium-3 To be able to test neutron physics, too, is a device on the storage container 1 15 connected to the irradiation of the helium-3 with neutrons and a measuring device.

Claims (17)

A n s pr~ c h-e 1. Mit Helium gekühlter Hochtemperaturreaktor mit einem Kern aus kugelförmigen Brennelementen, der von einem Deckenreflektor, einem zylindrischen Seitenreflektor und einem Bodenreflektor umgeben ist, mit in Bohrungen des Seitenreflektors einfahrbaren Absorberstäben (Reflektorstäben) und mit von oben in den Kern einfahrbaren Absorberstäben (Kernstäben) sowie mit zwei voneinander unabhängigen, diversitären Abschaltsystemen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Abschaltsystem für die Schnell- und Langzeitabschaltung sowie für die Durchführung sämtlicher Regelaufgaben vorgesehen ist und von den Reflektor- und den Kernstäben gebildet wird und daß das zweite Abschaltsystem nur für Langzeitabschaltungen vorgesehen ist und aus einer Vorrichtung (1, 6, 9) zur an sich bekannten Einspeisung von Helium-3 in den Reaktorkern besteht. A n s pr ~ c h-e 1. Helium-cooled high-temperature reactor with a core of spherical fuel assemblies supported by a ceiling reflector, a cylindrical side reflector and a bottom reflector is surrounded with in holes of the side reflector retractable absorber rods (reflector rods) and with from above Absorber rods (core rods) that can be retracted into the core and with two of each other independent, diverse shutdown systems, characterized in that the first Shutdown system for quick and long-term shutdown as well as for implementation of all control tasks is provided and of the reflector and core rods is formed and that the second shutdown system is only intended for long-term shutdowns is and from a device (1, 6, 9) for feeding in helium-3, known per se exists in the reactor core. 2. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Abschaltsystem zusätzlich für ausgewählte Regelaufgaben eingesetzt wird.2. High temperature reactor according to claim 1, characterized in that that the second shutdown system is also used for selected control tasks will. 3. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das zweite Abschaltsystem bildende Einspeisevorrichtung einen abgeschirmt vom Neutronenfluß. in dem -Reaktordruckbehälter angeordneten, mit Heliun-3 gefüllten Vorratsbehälter (1), eine Auslöseeinrichtung (9) und ein Verteilsystem (6) umfaßt.3. High temperature reactor according to claim 1, characterized in that that the feed device forming the second disconnection system shields one from the neutron flux. arranged in the reactor pressure vessel, filled with Heliun-3 Contains storage container (1), a release device (9) and a distribution system (6). 4. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 3, dadutchgekennzeichnet, daß das Helium-3 unter Überdruck gegenüber dem Kühl gasdruck gelagert ist. 4. High-temperature reactor according to claim 3, characterized by dadutch, that the helium-3 is stored under excess pressure compared to the cooling gas pressure. 5. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (1) aus einem für Helium-3 absolut undurchlässigen Material hergestellt ist, das durch technische Bearbeitung an bestimmten Stellen zum Schmelzen gebracht werden kann. 5. High temperature reactor according to claim 3, characterized in that that the storage container (1) is made of a material that is absolutely impermeable to helium-3 is made by technical processing at certain points to melt can be brought. 6. 6. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 5, dådurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (1) ohne jegliche Armaturen ausgeführt und nach Auffüllen mit Helium-3 durch Verschmelzen der Einfüllöffnung (2) hermetisch abgedichtet ist.6. 6. High temperature reactor according to claim 5, characterized by that the reservoir (1) executed without any fittings and after filling with helium-3 is hermetically sealed by fusing the filling opening (2). 7. Hochtemperaturreaktor nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (1) aus Glas hergestellt ist. 7. High temperature reactor according to claims 5 and 6, characterized in that that the storage container (1) is made of glass. 8. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (1) von einem Stahlbehälter (4) umschlossen ist, an dem er sich über eine Einrichtung (3) abstützt, und daß der Stahlbehälter (4) Anschlußarmaturen (5) aufweist. 8. High temperature reactor according to claim 7, characterized in that that the storage container (1) is enclosed by a steel container (4) on which it is supported by a device (3), and that the steel container (4) connection fittings (5). 9. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußarmaturen (5) des Stahlbehälters (4) über Rohrleitungen (6) mit einer innerhalb des von dem Reflektor umschlossenen Raumes angeordneten Ringleitung mit Austrittsöffnungen verbunden sind und daß die Rohrleitungen (6) Absperrarmaturen (7) für das Helium-3 aufweisen.9. High temperature reactor according to claim 8, characterized in that that the connection fittings (5) of the steel container (4) via pipes (6) with a ring line arranged within the space enclosed by the reflector are connected to outlet openings and that the pipes (6) shut-off valves (7) for the helium-3. 10. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stahlbehälter (4) ein mit Kühlgas betriebenes Spülsystem (8) angeschlossen ist.10. High temperature reactor according to claim 8, characterized in that that a flushing system (8) operated with cooling gas is connected to the steel container (4) is. 11. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußarmaturen (7) bzw. die Rohrleitungen (6) mit einer Einrichtung zum dosierten Einspeisen des Helium-3 versehen sind.11. High temperature reactor according to claim 9, characterized in that that the connection fittings (7) or the pipes (6) with a device for metered feeding of the helium-3 are provided. 12. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 3, dadurchgeke.nnzeichnet, daß das Einspeisen von Helium-3 in den Reaktorkern durch redundante und diversitäre Einrichtungen (9) ausgelöst wird, die die Zerstörung des Vorratsbehälters (1) bewirken.12. High-temperature reactor according to claim 3, dadurchgeke.nnzeich, that the feeding of helium-3 into the reactor core through redundant and diverse Devices (9) is triggered, which cause the destruction of the storage container (1). 13. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur wiederholten Funktionsprüfung des Helium-3 in dem Vorratsbehälter (1) eingeschlossene Druckmesser und Schwebekörper (10) vorgesehen sind und zusätzlich eine Wiegeeinrichtung (12) zur Gewichtskontrolle des Vorratsbehälters (1) samt Stahlbehälters (4) vorhanden ist.13. High temperature reactor according to claim 3, characterized in that that for repeated functional testing of the helium-3 enclosed in the storage container (1) Pressure gauge and float (10) are provided and, in addition, a weighing device (12) for checking the weight of the storage container (1) including the steel container (4) is. 14. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 7, dadürchgekennzeichnet, daß zur Entnahme von Helium-3-Proben für weitere Funktionsprüfungen am Vorratsbehälter (1) angeschmolzene und von diesem abtrennbare Glasblasen (13) vorgesehen sind.14. High-temperature reactor according to claim 7, characterized thereby, that for taking helium-3 samples for further functional tests on the storage container (1) fused and separable from this glass bubbles (13) are provided. 15. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Funktionsprüfung des Helium-3 an dem Vorratsbehälter (1) eine Durchstrahlungs- und Meßeinrichtung (15) angebracht ist.15. High temperature reactor according to claim 3, characterized in that that for the functional test of the helium-3 on the storage container (1) a radiographic and measuring device (15) is attached. 16. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückgewinnung des Helium-3 nach erfolgtem Einsatz eine Helium-3/Helium-4-Trennanlage in dem Kühlgaskreislauf eingebaut ist.16. High temperature reactor according to claim 1 or 2, characterized in that that a helium-3 / helium-4 separation system is used to recover the helium-3 after it has been used is installed in the cooling gas circuit. 17. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Abschaltsystem neben der Einspeisevorrichtung (1, 6, 9) für Helium-3 eine Einspeisevorrichtung für kleine Absorberkugeln umfaßt, die in bestimmten Fällen nach Einsatz des Helium-3 betätigt wird.17. High temperature reactor according to claim 1 or 2, characterized in that that the second shutdown system in addition to the feed device (1, 6, 9) for helium-3 a feed device for small absorber spheres, which in certain cases is actuated after using the Helium-3.