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Bodenreflektor für gasgekühlte Kugelhaufenreaktoren
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Die Erfindung betrifft einen Bodenreflektor für gasgekühlte Kugelhaufenreaktoren,
der aus einer Vielzahl von dicht aneinandergereihten hexagonalen Graphitsäulen,
die vertikal unterteilt und mit Kühlgasbohrungen versehen sind, ausgebildet ist
und der sich über Stützelemente auf einer Bodenauflagerung abstützt.
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Bei Kernreaktoranlagen mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente
ist der Reaktorkern gewöhnlich zylinderartig ausgebildet, wobei er unten durch einen
Bodenreflektor seitlich von einem hohlzylinderartigen Seitenreflektor und oben von
einem Deckenreflektor begrenzt sein kann. Die drei Bereiche des Reflektors können
miteinander über Keile, Dübel
und andere Bindevorrichtungen verbunden
sein. Der Reflektor kann aus einer Vielzahl von Graphitbauteilen ausgebildet sein,
die unterschiedliche Größen und Formen aufweisen.
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Der den Seitenreflektor von unten abschließende Bodenreflektor kann
auf mehreren vertikal angeordneten und horizontal unterteilten graphitischen Hexagonalsäulen
ausgebildet sein, die mit axial verlaufenden Öffnungen für das Kühlgas versehen
sein können. Für die Brennelemente, die sich in dem von den Reflektorteilen begrenzten
Raum befinden, ist im Bodenreflektor mindestens eine Brennelementeabzug vorgesehen.
Die Brennelemente werden gewöhnlich von oben zugegeben und nach unten wieder abgezogen.
Ein problemloses Abziehen der Brennelemente aus dem Aufnahmeraum wird bekannterweise
dadurch erreicht, daß die Bodenreflektoroberfläche mit trichterförmigen Ausnehmungen
ausgebildet ist, die in die Kugelabzugsrohre münden. Der Bodenreflektor kann sich
nach unten über Tragsäulen auf einer Bodenlage abstützen. Hierdurch kann zwischen
dem Bodenreflektor und der Bodenlage ein Heißgassammelraum ausgebildet werden, an
den mehrere Heißgasleitungen angeschlossen sein können. Der Heißgassammelraum dient
zur gleichmäßigen Durchmischung des den Reaktorkern durchströmenden und aufgeheizten
Kühlgases.
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Beim Einfahren der Absorberstäbe in die Brennelementeschüttung, durch
die die Reaktivität der Brennelementeschüttung verändert wird und beim Abrollen
der Brennelemente an der Deckfläche des Bodenreflektors bzw. an der Innenwand des
Seitenreflektors kann es zum Abrieb zwischen den sich berührenden Elementen (Brennelemente-Brennelemente,
Brennelemente-Reflektor, Brennelemente-Absorberstäbe) kommen. Die hierbei entstandenen
Bruch- und Staubpartikel können vom den Reaktorkern durchströmenden Kühlgas mitgerissen
und in den Heißgassammelraum transportiert werden.
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Zwischen den den Bodenreflektor bildenden graphitischen Hexagonalsäulen
sind Spalte, die während des Reaktorbetriebes auftretende temperaturbedingte Dehnungen
kompensieren. Der Reaktorkern erfährt Temperaturen bis über 1000 ° C sowie Temperaturdifferenzen
die mehrere 100 0 C betragen können.
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Aufgrund dieser Temperaturänderungen und Unterschiede kann der Bodenreflektor,
insbesondere seine Spalte die vorgegebenen Dehntoleranzen ungünstig verändern, wenn
es zur Ablagerung von Bruch- und Staubpartikeln innerhalb der Spalte kommen kann.
Eine Veränderung der-vorgegebenen Dehntoleranzen kann bei einer Erhöhung der Temperatur
des Kühlgases zu unerwünschten Spannungen innerhalb des Bodenreflektors und dadurch
auch zur unerwünschten Funktionsveränderung führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bodenreflektor für gasgekühlte
Kugelhaufenreaktoren derart auszubilden, daß die vorgegebenen Dehntoleranzen des
Bodenreflektors während des Reaktorbetriebes im wesentlichen unverändert bleiben,
indem eine Ablagerung von korn- und staubförmigen Abriebpartikeln zwischen den Säulen
des Bodenreflektors vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird bei einem Bodenreflektor eingangs genannter Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Graphitsäulen zusätzliche Spalte,
die den Bodenreflektor durchqueren, ausgebildet sind.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß im Bereich der Berührungsflächen
einzelner Graphitsäulen zusätzliche Gasströmungsöffnungen ausgebildet werden wodurch
die im Bereich der Spalte sich ansammelnden Abriebpartikeln mitgerissen werden können.
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Die zusätzlich eingearbeiteten Spalte zwischen den einzelnen Säulen
können vorteilhaft als axial verlaufende Nuten oder Noppen ausgebildet sein, die
über innerhalb der Säulen geführte Kanäle mit den Kühlgasbohrungen verbunden sein
können. Der hierdurch erzeugte Bypass kann alle innerhalb der Spalte gelagerte Partikel
mitreißen und in den Heißgassammelraum transportieren. Die zwischen den Graphitsäulen
zuätzlich ausgearbeitete Spalte können verschiedene Formen annehmen und auf unterschiedliche
Weisen hergestellt werden. Eine weitere günstige Ausbildung der Spalte kann vorteilhaft
durch eine vertikal verlaufende Querschnittsveränderung der Graphitsäulen hergestellt
werden. Bei dieser Ausführungsform kann die Schlü-sselweite der Säulen ab einer
gewissen Höhe nach unten verändert werden. Dabei kann sich der vorhandene Spalt
zwischen den Säulen keilförmig erweitern und die Säulen können sich in horizonaler
Richtung relativ zueinander verschieben.
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Bei einem Bodenreflektor, dessen Säulen aus mehreren im Querschnitt
unterschiedlichen Lagen ausgebildet sind, wobei die Säulen der unteren Lage eine
größere Schlüsselweite als die Säulen der oberen Lage aufweisen und bei dem sich
mehrere Säulen der oberen Lage auf einer Säule der unteren Lage abstützen, kann
ein durchgehender Spalt dadurch erreicht werden, daß zwischen den Säulen des Bodenreflektors
eine Fuge hergestellt wird, an die sich dann Kühlgasbohrungen der untersten Lage
anschließen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen
hervor.
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Hierbei zeigen: Fig. 1 eine Reaktorkaverne im Längsschnitt,
Fig.
2 zwei Graphitsäulen des Bodenreflektors in-Draufsicht, Fig. 3 Spalte zwischen den
Graphitsäulen, Fig. 4 Graphitsäulen mit Nuten, in Draufsicht, Fig. 5 Graphitsäulen
mit Noppen, in Draufsicht, Fig. 6 eine Bodenreflektoreinheit, die aus zwei unterschiedlichen
Lagen besteht.
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In Fig. 1 ist ein Reflektor 1 dargestellt, der sich vertikal über
mehrere Stützsäulen 2 auf einer Bodenauflagerung 3 und horizontal an einem thermischen
Schild 4 über Stützelemente 5 abstützt. Der Reflektor 1 besteht aus einem Deckenreflektor
6, einem Seitenreflektor 7 und einem Bodenreflektor 8 und definiert einen Aufnahmeraum
9 für die-kugelförmigen Brennelemente 10. Die Brennelemente 10 werden durch im Deckenreflektor
6 ausgebildete Öffnungen (nicht dargestellt) in den Aufnahmeraum 9 zugegeben und
durch im Bodenreflektor 8 ausgebildete Kugelabzugsrohre 11 aus dem Aufnahmeraum
9 abgezogen. Der Aufnahmeraum 9 wird vom Kühlgas (mit den Pfeilen dargestellt) vertikal
durchströmt, über im Bodenreflektor 8 ausgebildete Gasleitungen (nicht dargestellt)
in einen zwischen dem Bodenreflektor 8 und der Bodenauflagerung 3 ausgebildeten
Heißgassammelraum 13 geleitet, wo es durchgemischt wird und durch an den Heißgassammelraum
13 seitlich angeschlossene Heißgasleitungen 14 zu den Wärmeverbrauchern (nicht dargestellt)
geleitet. Nach der Wärmeabgabe wird das Kühlgas in den Aufnahmeraum 9 zurückgeführt,
wodurch der Gaskreislauf geschlossen ist. Der Bodenreflektor 8 ist aus einer Vielzahl
vertikal angeordneter und dicht aneinandergereihter Säulen 20 ausgebildet. Die Reaktorkaverne
21 ist mit einem Liner 22 ausgekleidet.
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Aus der Fig. 2 ist die Draufsicht auf die Blöcke 20 zu entnehmen,
zwischen denen ein Spalt 23 ausgebildet ist. Der
Spalt 23 zwischen
den Graphitsäulen 20 erreicht seinen maximalen Wert während einzelner Betriebs-
und Störzustände des Kernreaktors. Nach der Erwärmung und Aufheizung des Bodenreflektors,
der während des Reaktorbetriebs bis auf eine Temperatur von 1000 0 C erwärmt werden
kann, verringert sich der Spalt 23 und die Blöcke 20 bzw. die Seitenflächen der
Blöcke 20 liegen dicht an.
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Aus der Fig. 3, die die Säulen 20 im Längsschnitt darstellt, ist zu
entnehmen, daß der Spalt 23 ab einer bestimmten Höhe der Säulen 20 sich keilförmig
erweitert. Die Kühlgasbohrung 25 ist über einen Kanal 26 mit dem erweiterten Spalt
23 verbunden. Hierdurch kann das Kühlgas über den Kanal 26 in die Spaltaufweiterung
einströmen und die im Spalt 23 sich befindenden Partikeln mitreißen und in den Heißgassammelraum
(nicht dargestellt) transportieren.
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Die Figuren 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsmöglichkeiten des Spaltes
23, indem in die Seitenflächen der Graphitblöcke 20 vertikal verlaufende Nuten 27,
in diesem Ausführungsbeispiel mit einem trapezförmigen Querschnitt, oder Noppen
28 (Fig. 5) ausgebildet sind. Die Form der Nuten 27 und der Noppen 28 bleibt während
des Reaktorbetriebes im wesentlichen unverändert wodurch ein Transport der Staubpartikeln
unabhängig vom Reaktorbetrieb gewährleistet werden kann.
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Die Fig. 6 zeigt eine Graphitsäule 20 die aus einer oberen Lage 3t
und einer unteren Lage 32 besteht. Die obere Lage 31 der Graphitsäule 20 weist eine
geringere Schlüsselweite als die untere Lage 32 der Säule 20 auf. Zwischen den beiden
Lagen 31 und 32 ist eine Fuge 33 ausgebildet. Die in der oberen Lage 31 ausgebildete
Kühlgasbohrung 25 ist über Kanäle 26 mit der Seitenfläche der Graphitsäule 31 verbunden.
Die mitgerissenen Staubpartikel können in einer Staubfalle 35 aufgefangen werden
bzw. durch die in der unteren Lage 32 der Graphitsäule 20 ausgebildeten Kfnlgasbohrungen
25a in den
Heißgassammelraum transportiert werden.