DE3727529C2 - - Google Patents
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- G21C1/06—Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated
- G21C1/14—Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated moderator being substantially not pressurised, e.g. swimming-pool reactor
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- G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
- G21C7/08—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section by displacement of solid control elements, e.g. control rods
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schwimmbadkernreaktor mit
folgenden Merkmalen:
- (a) der Schwimmbadkernreaktor hat einen Reaktortank;
- (b) im Reaktortank ist zumindest ein Kernkamin angeordnet;
- (c) der Kernkamin weist eine Kühlmittelführung mit Anschlüssen für eine Kühlmittelzufuhr und -abfuhr auf;
- (d) in dem Kernkamin ist eine Brennstoffzone vorgesehen;
- (e) in der Brennstoffzone ist zumindest ein Brennelement mit brennstofffreiem Zentralkanal angeordnet;
- (f) es ist eine Absorbereinrichtung vorgesehen;
- (g) die Absorbereinrichtung ist über Antriebsstränge mit zumindest einem Absorberantrieb zu dessen vertikaler Bewegung zwecks Steuerung der Reaktorleistung verbunden.
Bei Schwimmbadreaktoren, die insbesondere für
Forschungszwecke geeignet sind, ist es bekannt,
vorzugsweise im Zentrum des Reaktortanks einen vertikal
diesen durchdringenden Kernkamin vorzusehen, in dem ein
Brennelement mit brennstofffreier Mittelzone angeordnet
ist. Durch den Kernkamin wird ein Kühlmittel geschickt,
beispielsweise demineralisiertes Wasser. Um die
Reaktivität und damit die Ausgangsleistung des Reaktors
regulieren zu können, ist eine Absorbereinrichtung in
Form eines Moderatorstabes vorgesehen, der zur Steuerung
über einen Absorberantrieb vertikal verfahren werden
kann. Für die Schnellabschaltung sind zusätzlich
Abschaltstäbe vorhanden, die in die Brennelementzone
eingefahren werden können.
Dieser bekannte Schwimmbadkernreaktor hat einen
komplizierten und damit kostenaufwendigen Aufbau.
Weiter ist in der DE-OS 14 64 606 ein Schwimmbadkernreaktor
mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1 beschrieben.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen
Schwimmbadkernreaktor der eingangs genannten Art so
auszubilden, daß bei geringem Bauaufwand eine feinfühlige
Reaktivitätspegelsteuerung und gleichzeitig eine sicher
funktionierende Schnellabschaltung möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Schwimmbadkernreaktor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, der sich in folgenden
Merkmalen von dem bekannten Reaktor unterscheidet:
- (h) die Absorbereinrichtung weist zwei Absorbereinheiten auf;
- (i) die Absorbereinheiten sind über den Absorberantrieb gegenläufig und symmetrisch zum Mittelpunkt der Brennstoffzone auseinander- und zusammenfahrbar;
- (j) die obere Absorbereinheit ist zumindest so hoch wie die Brennstoffzone;
- (k) die untere Absorbereinheit ist zumindest halb so hoch wie die Brennstoffzone;
- (l) die obere Absorbereinheit ist zumindest mit einer Schnellabschalteinrichtung zum vollständigen Einfahren dieser Absorbereinheit in die Brennstoffzone ausgebildet;
- (m) der Zentralkanal ist von einem Füllmedium zumindest im Bereich der Brennstoffzone ausgefüllt, das eine im Vergleich zum Material der Absorbereinheiten geringere Neutronenabsorption hat.
Erfindungsgemäß ist hier die Absorbereinrichtung in zwei
übereinander angeordnete Absorbereinheiten aufgeteilt,
wobei diese Absorbereinheiten zur
Reaktivitätspegelsteuerung vom Mittelpunkt der
Brennstoffzone aus gegenläufig und symmetrisch
auseinander gefahren werden können. Im Notfall kann die
obere Absorbereinheit in die Brennelementzone
hineinfallen, da sie mit einer Schnellabschalteinrichtung
verbunden ist. Auf Grund ihrer der Erstreckung der
Brennstoffzone entsprechenden Länge ist dabei gesichert,
daß auch dann, wenn die untere Absorbereinheit voll aus
der Brennstoffzone herausgefahren ist, das Brennelement
vollständig von der oberen Absorbereinheit abgedeckt und
so der Reaktivitätspegel unter den kritischen Pegel, bei
dem die Kettenreaktion einsetzt, herabgesetzt wird bzw.
bleibt. Dabei ist von Vorteil, daß dies allein mit der
Absorbereinrichtung selbst geschieht, zusätzliche
Schnellabschaltstäbe also nicht erforderlich sind.
Das Ausfüllen des freien Zentralkanals innerhalb der
Brennstoffzone mit einem Füllmedium, das eine geringe
Neutronenabsorption hat, dient dem Zweck, das als
Kühlmittel in der Regel verwendete Wasser aus dieser
Mittenzone herauszuhalten, da normales Wasser eine zu
starke Neutronenabsorption bewirken und damit die
Funktion des Reaktors in Frage stellen würde.
In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das
Brennelement aus zwei gleich ausgebildeten, übereinander
angeordneten Brennelementabschnitten besteht. Dies
ermöglicht es, die Brennelementabschnitte während einer
Betriebsperiode zu vertauschen, um einen möglichst guten
Abbrand zu gewährleisten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgeschlagen, daß das Füllmedium im Zentralkanal aus
einem in einem Behälter eingeschlossenen Gas, inbesondere
Luft oder Helium, aus in einem Behälter eingeschlossenem,
schweren Wasser oder Graphit oder aus Beryllium besteht.
Letzteres Material ist wegen seines
Multiplikationseffektes vorzuziehen. Dabei kann das
Füllmedium mit der unteren Absorbereinheit verbunden
werden, so daß es mit dieser mitbewegt wird. Es ist dann
erforderlich, daß es zumindest 1,5mal so hoch wie die
Brennstoffzone ist, damit sich das Füllmedium auch in
ausgefahrener Stellung der unteren Absorbereinheit über
die gesamte Höhe der Brennstoffzone erstreckt.
Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die
Absorbereinheiten als an der Innenseite des Brennelements
bzw. der Brennelementabschnitte angeordnete
Absorbermäntel ausgebildet sind. Sie sind also zwischen
der Innenseite der Brennelemente und dem Füllmedium
mantelförmig, vorzugsweise in Ringzylinderform,
angeordnet. Dabei ist es aus Redundanz- und damit aus
Sicherheitsgründen vorteilhaft, wenn zumindest einer der
Absorbermäntel, insbesondere der obere Absorbermantel,
vertikal in wenigstens zwei Absorbersegmente aufgeteilt
ist, wobei die Absorbersegmente des oberen
Absorbermantels mit eigenen Antriebssträngen verbunden
sind, also auch unabhängig voneinander verfahrbar sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß jeder Antriebsstrang der oberen Absorbereinheit in
einen absorberseitigen Führungsstrang und einen
antriebsseitigen Fahrstrang aufgeteilt ist und daß
jeweils Führungsstrang und Fahrstrang mit einer Kupplung
verbunden sind, die über die
Schnellabschalteinrichtung(en) lösbar ist. Die
Antriebsstränge der oberen Absorbereinheit sind also
aufgeteilt, wobei sie im Normalbetrieb über die
Kupplungen miteinander verbunden sind. Für die
Schnellabschaltung lassen sie sich voneinander lösen, so
daß die obere Absorbereinheit zusammen mit den
Führungssträngen auf Grund ihres Eigengewichts nach unten
fallen kann. Auf diese Weise gelangt die obere
Absorbereinheit aus einer ausgefahrenen Stellung schnell
wieder in den Bereich der Brennstoffzone und deckt dann
den Bereich oberhalb der unteren Absorbereinheit ab.
Die Kupplung kann verschiedenartig ausgebildet sein. Eine
einfache Ausführungsform ergibt sich dann, wenn die
Kupplungen jeweils aus Ausnehmungen in sich überlappenden
Abschnitten von Führungs- und Fahrstrang und darin
einfassenden Kupplungselementen sowie aus einer mit der
Schnellabschalteinrichtung verbundenen Kupplungsstange
zur Führung der Kupplungselemente bestehen. Auf diese
Weise können die Schnellabschalteinrichtung(en) außerhalb
des Kernkamins angeordnet werden. Vorzugsweise sind die
Kupplungselemente quer verschieblich gehalten und liegen
an der Kupplungsstange an, wobei die Kupplungsstange
Ausnehmungen aufweist, die den Kupplungselementen in der
Lösestellung der Kupplungsstange gegenüberstehen und in
die die Kupplungselemente aus den Ausnehmungen in
zumindest einer der zu kuppelnden Stränge zurückspringen.
Dabei können die Kupplungselemente als Kupplungskugeln
ausgebildet sein.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Führungsstränge jeweils mit einer hydraulischen
Dämpfungseinrichtung versehen sind. Durch entsprechende
Auslegung der Dämpfung kann die Fallgeschwindigkeit der
oberen Absorbereinheit auf den gewünschten Wert
eingestellt werden. Dies kann beispielsweise dadurch
geschehen, daß die Führungsstränge an ihren
antriebsseitigen Enden als Führungsrohre ausgebildet
sind, in die die antriebsfernen Enden der Fahrstränge
hineinragen, und daß in diesem Bereich eine
Dämpfflüssigkeit vorgesehen ist. Bei der Entkupplung der
Führungsstränge wird dann Dämpfflüssigkeit verdrängt, was
zu einer entsprechenden Verlangsamung der
Fallgeschwindigkeit führt. Selbstverständlich kann die
Anordnung auch umgekehrt sein, d. h. daß die
Führungsstränge in die als Fahrrohre ausgebildeten
Fahrstränge einfahren. Dabei sollte jeweils das
Führungsrohr den Fahrstrang eng umschließen und
Dämpfungsöffnungen aufweisen, da sich über diese
Dämpfungsöffnungen das Dämpfverhalten genau einstellen
läßt.
Damit die obere Absorbereinheit im Falle der schnellen
Abschaltung nicht auf die untere Absorbereinheit
aufprallt, sind für die obere Absorbereinheit Anschläge
vorgesehen, die sich mit der unteren Absorbereinheit
mitbewegen. Auf diese Weise ist gesichert, daß die obere
Absorbereinheit bei der Schnellabschaltung in einem
vorgegebenen Minimalabstand zur unteren Absorbereinheit
auf den Anschlägen zur Auflage kommt, und zwar unabhängig
von der jeweiligen Stellung der unteren Absorbereinheit.
Soweit die Antriebsstränge der oberen Absorbereinheit in
Führungs- und Fahrstränge aufgeteilt sind, sollten die
Anschläge im Bereich der antriebsseitigen Enden der
Führungsstränge vorgesehen sein, wobei die Anschläge mit
dem Antriebsstrang der unteren Absorbereinheit verbunden
sind. Dies kann beispielsweise so ausgeführt werden, daß
der Antriebsstrang der unteren Absorbereinheit über
Quertraversen mit Anschlagrohren verbunden ist, die den
Kupplungsbereich der Antriebsstränge der oberen
Absorbereinheit umschließen und innenseitig die Anschläge
für die Führungsstränge aufweisen. Dabei können die
Anschlagrohre auch in das hydraulische Dämpfungssystem
mit einbezogen werden, indem sie die Führungsrohre eng
umschließen und ebenfalls Dämpfungsöffnungen aufweisen.
Die Erfindung sieht ferner vor, daß die
Schnellabschalteinrichtung einen im Normalbetrieb
aktivierten Elektromagneten aufweist. Solche
Schnellabschalteinrichtungen arbeiten passiv, d. h. bei
Stromausfall sorgen sie für eine Schnellabschaltung des
Reaktors.
Schließlich ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die
Antriebsstränge und Absorberantriebe unterhalb des
Kernkamins angeordnet sind. Es besteht jedoch auch die
Möglichkeit, den Antrieb der Absorbereinheiten von oben
her durchzuführen.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines
Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Teil
eines Schwimmbadkernreaktors;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die
Brennelementzone des
Schwimmbadkernreaktors gem. Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrößerte
Vertikalschnittdarstellung der
Antriebsstränge für die Absorbermäntel in
dem Schwimmbadkernreaktor gemäß den
Fig. 1 und 2 und
Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine
Schnellabschalteinrichtung des
Schwimmbadkernreaktors gemäß den Fig.
1 bis 3.
Der in Fig. 1 teilweise dargestellte Schwimmbadreaktor
(1) weist einen Reflektortank (2) auf, der aus Aluminium
besteht und einen Außendurchmesser von 210 cm und eine
Höhe von ca. 250 cm hat. Der obere Teil des
Reflektortanks (2) ist hier nicht dargestellt. Er ist
zentral im Reaktorbecken (3) angeordnet und ruht auf
Stützen (4, 5), die auf einem thermischen Schild (6)
stehen. Dieses wiederum stützt sich auf dem Boden (7) des
Reaktorbeckens (3) ab. Der Reflektortank ist mit D2O
gefüllt, während das Reaktorbecken demineralisiertes
Wasser enthält. Das D2O dient als Moderator und Reflektor
für die im Kern erzeugten Neutronen.
Im Reflektortank (2) ist zentral ein sich vertikal
erstreckender Kernkamin (8) angeordnet. Der Kernkamin (8)
ist gegenüber dem Reflektortank (3) abgedichtet und geht
nach oben durch den hier nicht dargestellten Deckel des
Reflektortanks (2). Nach unten durchstößt der Kernkamin
(8) das thermische Schild (6) und den Boden (7) des
Reaktorbeckens (3) und biegt dann in dem unter dem Boden
(7) angeordneten Kellerraum (9) waagerecht ab. Zum
Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen ist
unterhalb des Bodens (7) ein Faltenbalg (10) vorgesehen.
Durch den Kernkamin (8) wird ein Primärkühlmittel, das
ist im vorliegenden Fall normales Wasser, geführt.
Im Kernkamin (8) springt nach innen ein Kernsitz (11)
vor, auf dem übereinander zwei als Ringzylinder im
Abstand zueinander angeordnete ausgebildete Brennelemente
(12, 13) vorgesehen sind, deren näherer Aufbau sich aus
Fig. 2 ergibt. Die Brennelemente (12, 13) bilden
zusammen eine Brennstoffzone (14).
Vom Kernsitz (11) erstreckt sich nach oben an der
Innenseite der Brennelemente (12, 13) ein
Absorberführungsrohr (15). In diesem Absorberführungsrohr
(15) sind übereinander ein unterer Absorbermantel (16)
und ein oberer Absorbermantel (17) geführt. Beide
Absorbermäntel (16, 17) können beispielsweise aus Hafnium
oder einer Indium-Silber-Cadmium-Legierung bestehen. Der
untere Absorbermantel (16) ist etwa halb so hoch wie die
Brennstoffzone (14), während der obere Absorbermantel
(17) etwa die Höhe der gesamten Brennstoffzone (14) hat.
Der untere Absorbermantel (16) ruht auf dem äußeren Rand
einer Stützplatte (18). Auf dieser Stützplatte (18) sitzt
auch ein Berylliumstab (19), der den von den
Absorbermänteln (16, 17) umschlossenen Raum ausfüllt und
dessen Länge etwa dem 1,5fachen der Höhe der
Brennstoffzone (14) entspricht.
Die Stützplatte (18) und damit der untere Absorbermantel
(16) und der Berylliumstab (19) werden von einer vertikal
nach unten gehenden Führungsstange (20) abgestützt. Die
Führungsstange (20) ist selbst in einem langgestreckten
Hüllrohr (21) geführt. In diesem Hüllrohr (21) ist sie
mit einer unten aus diesem austretenden Fahrrohr (22)
gekuppelt. Das Fahrrohr (22) weist eine
Entriegelungseinrichtung (23) auf und endet in einem
Schneckengetriebe (24), das mit einem Elektromotor (25)
versehen ist. Mit Hilfe dieses Elektromotors (25) können
das Fahrrohr (22) und damit die Führungsstange (20), die
Stützplatte (18), der untere Absorbermantel (16) und der
Berylliumstab (19) aus der gezeigten Stellung abgesenkt
und danach auch wieder hochgefahren werden.
Der obere Absorbermantel (17) ruht auf insgesamt drei
Führungsstangen, von denen hier nur die zwei
Führungsstangen (26, 27) gezeigt sind. Die rechte
Führungsstange (27) ist zudem in Umfangrichtung um 30°
versetzt gezeichnet. Die Führungsstangen (26, 27) gehen
- wie in Fig. 2 noch näher zu sehen ist - durch den
unteren Absorbermantel (16) hindurch. Nach unten hin
tauchen auch sie in Hüllrohre (28, 29) ein, wo sie
geführt werden und mit Fahrrohren (30, 31) gekuppelt
sind, die nach unten aus den Hüllrohren (28, 29)
herausragen und in mit Elektromotoren (32, 33) versehenen
Schneckengetrieben (34, 35) enden. Diese Fahrrohre (30,
31) weisen Schnellabschalteinrichtungen (36, 37) auf,
deren näherer Aufbau sich aus der Fig. 4 ergibt.
Die Elektromotoren (25, 32, 33) und die Schneckengetriebe
(24, 34, 35) sitzen auf einem Gestell (38), das auch den
unteren, gebogenen Teil des Kernkamins (8) abstützt. Die
Hüllrohre (21, 28, 29) sind im oberen Bereich über einen
Tragsteg (39) an der Innenseite des Kernkamins (8)
befestigt und sitzen im unteren Bereich in einem
Rohransatz (40). Dort sind sie außen und innen
abgedichtet, so daß das Primärkühlmittel nicht austreten
kann.
Der in Fig. 2 dargestellte Teilquerschnitt durch den
Kernkamin (8) liegt in der Mitte des unteren
Brennelementes (12). Das Brennelement (12) ist aus einer
Vielzahl von evolventenförmig gekrümmten
Brennstoffplatten (41) aufgebaut, von denen hier
beispielhaft nur drei Brennstoffplatten (41) gezeigt
sind. Sie sind im Abstand zueinander angeordnet und
innenseitig an einem Innenkammring (42) und außenseitig
an einem Außenkammring (43) gehalten.
An der Innenseite des Innenkammrings (42) ist das
Absorberführungsrohr (15) angeordnet. Es führt den
unteren Absorbermantel (16), der in drei Absorbersegmente
(44, 45, 46) aufgeteilt ist. Zwischen den
Absorbersegmenten (44, 45, 46) sind die drei
Führungsstangen (26, 27) für den oberen Absorbermantel
(17) hindurchgeführt, der ebenfalls in drei
Absorbersegmente aufgeteilt ist, wobei jedem
Absorbersegment eine Führungsstange (26, 27, 47)
zugeordnet ist. Auf diese Weise lassen sich die
Absorbersegmente des oberen Absorbermantels (17) auch
unabhängig voneinander vertikal verfahren. Die
Führungsstangen (26, 27, 47) werden beidseitig von an dem
Absorberführungsrohr (15) befestigten Positionierstegen
- beispielhaft mit (48) bezeichnet - geführt. Diese
liegen innenseitig auch in Ausnehmungen des
Berylliumstabes (19) an und dienen damit auch dessen
Führung.
Durch Teilschnittdarstellungen sind auch die Hüllrohre
(21, 28, 29, 49) sowie die Tragstege (39) sichtbar
gemacht. Zu erkennen ist auch die Führungsstange (20) für
den unteren Absorbermantel (16).
Das über den Kernkamin (8) herangeführte Primärkühlmittel
durchströmt sowohl die Zwischenräume zwischen den
einzelnen Brennstoffplatten (41) als auch die Spalte im
Bereich der Absorbermäntel (16, 17). Auf Grund des
Berylliumstabes (19) wird das Volumen des
Primärkühlmittels innerhalb des Absorberführungsrohrs
(15) so gering gehalten, daß seine
Neutronenabsorptionswirkung entsprechend klein ist.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Darstellung
gemäß Fig. 1, und zwar im Bereich der Durchführung des
Kernkamins (8) durch den Boden des Reflektortanks (2). Zu
sehen sind die Hüllrohre (21, 28, 29), letzteres um 30°
Umfangsrichtung versetzt, während das weitere Hüllrohr
(49) weggelassen ist. Das mittlere Hüllrohr (21) und das
versetzte Hüllrohr (29) sind vertikal geschnitten
dargestellt.
In das mittlere Hüllrohr (21) ragt von oben die
Führungsstange (20) in das obere Ende des Fahrrohrs (22)
hinein. Dort ist eine Kupplung (50) vorgesehen, die wie
folgt aufgebaut ist.
Die Führungsstange (20) weist kurz vor ihrem unteren Ende
eine umlaufende Kupplungsnut (51) auf. In gekuppelter
Stellung liegt diese Kupplungsnut (51) zwei Löchern (52,
53) in dem Fahrrohr (22) gegenüber, in denen
Kupplungskugeln (54, 55) gehalten sind. Innerhalb des
Fahrrohrs (22) ist eine Kupplungsstange (56) geführt,
deren oberes Ende zu einer Kupplungshülse (57)
aufgeweitet ist, die über Schlitze (58, 59) in dem
Fahrrohr (22) nach außen geführt ist. Im unteren Bereich
hat die Kupplungshülse (57) einen Abstand zur Außenseite
des Fahrrohrs (22), während sie im oberen Bereich nach
innen verdickt ist. An der Stirnseite der Kupplungshülse
(57) liegt eine als Schraubenfeder ausgebildete
Druckfeder (60) an, die sich obenseitig an einem auf das
Fahrrohr (22) aufgeschraubten Bund (61) abstützt. Die
Kupplungsstange (56) ist somit nach unten gewichts- und
federbelastet.
In der gezeigten Kupplungsstellung sind die
Kupplungskugeln (54, 55) in ihren Löchern (52, 53) durch
den verdickten Bereich der Kupplungshülse (57) so weit
nach innen gedrückt, daß sie in die Kupplungsnut (51)
einfassen. Auf diese Weise ist eine Verbindung zwischen
Führungsstange (20) und Fahrrohr (22) hergestellt. Die
Kupplungsstange (56) wird dabei in dieser Stellung von
der Entriegelungseinrichtung (23) gehalten. Soll die
Verbindung zwischen Führungsstange (20) und Fahrrohr (22)
gelöst werden, beispielsweise um den Berylliumstab (19)
mit dem unteren Absorbermantel (16) nach oben
herauszuziehen, wird die Entriegelungseinrichtung (23)
erregt, wodurch die Kupplungsstange (56) so weit
angehoben wird, daß ihr unterer, nicht verdickter
Abschnitt in den Bereich der Kupplungskugeln (54, 55)
gelangt. Die Kupplungskugeln (54, 55) haben dann einen so
großen Freiraum, daß sie sich aus der Kupplungsnut (51)
herausbewegen können, wenn die Führungsstange (20) nach
oben bewegt wird. Soll letztere wieder mit dem Fahrrohr
(22) verbunden werden, so spielt sich der Vorgang
umgekehrt ab.
Auch zwischen der Führungsstange (27) und dem Fahrrohr
(31) ist eine Kupplung (62) vorgesehen, deren Aufbau
jedoch von der Kupplung (50) abweicht. In diesem Fall ist
die Führungsstange (27) an ihrem unteren Ende als
Führungsrohr (63) ausgebildet, das oben geschlossen ist
und das obere Ende des Fahrrohrs (31) aufnimmt. Das
Fahrrohr (31) weist Löcher (64, 65) auf, in denen
Kupplungskugeln (66, 67) sitzen. In
Kupplungsstellungfassen die Kupplungskugeln (66, 67) in
Ausnehmungen (68, 69) an der Innenwandung des
Führungsrohrs (63) ein. Sie werden in dieser Stellung
durch eine Kupplungsstange (70) gehalten, die auf Grund
der aktivierten Schnellabschalteinrichtung (37)
hochgedrückt wird, so daß ein kegelförmiger Bereich (71)
der Kupplungsstange (70) die Kupplungskugeln (66, 67)
nach außen drückt.
Soll die Verbindung zwischen Führungsstange (27) und
Fahrrohr (30) gelöst werden, beispielsweise bei einer
Demontage des betreffenden Absorbersegments des oberen
Absorbermantels (17) oder bei einer Schnellabschaltung,
wird die Schnellabschalteinrichtung (27) desaktiviert, so
daß die Kupplungsstange (70) so weit nach unten fällt,
daß deren Einschnürung (72) gegenüber den Kupplungskugeln
(66, 67) zu liegen kommt. Diese können dann aus den
Ausnehmungen (68, 69) nach innen ausweichen, wodurch die
Verbindung gelöst ist.
Das Führungsrohr (63) ist außenseitig von dem unteren
Ende eines Anschlagrohrs (73) umgeben. Das Anschlagrohr
reicht über das untere Ende des Führungsrohrs (63) hinaus
und weist dort eine nach innen gehende Verdickung auf,
die den Anschlag (74) für das Führungsrohr (63) bildet.
In der gezeigten Stellung sitzt das Führungsrohr (63) auf
dem Anschlag (74) auf, weil der obere Absorbermantel (17)
den noch zulässigen Minimalabstand zu dem unteren
Absorbermantel (16) hat. Das Anschlagrohr (73) ist über
eine Traverse (75) mit dem Fahrrohr (22) im mittleren
Hüllrohr (21) starr verbunden. Hierzu weisen beide
Hüllrohre (21, 29) Schlitze (76, 77) auf, deren Länge dem
Bewegungsbereich des Fahrrohrs (22) und damit in etwa der
halben Höhe der Brennstoffzone (14) entspricht.
Von dem Fahrrohr (22) geht zu dem den in dieser Ansicht
linken Hüllrohr (28) ebenfalls eine Traverse (78), da
innerhalb dieses Hüllrohrs (28) die gleiche Anordnung
getroffen ist wie in dem Hüllrohr (29). Entsprechendes
gilt für das hier nicht dargestellte, dritte Hüllrohr
(49) für den oberen Absorbermantel (17).
In Fig. 4 ist in einem Vertikalschnitt die
Schnellabschalteinrichtung (37) näher dargestellt. Ihr
Außengehäuse (79) ist Teil des Fahrrohrs (31). Von oben
ragt in das Außengehäuse (79) das untere Ende der
Kupplungsstange (70) hinein, die in einem Magnetteller
(80) endet. Unterhalb einer Führungshülse (81) ist die
Kupplungsstange (70) von einem Elektromagneten (82)
umgeben. Der Magnetteller (80) wird über eine als
Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder (83) nach unten
gedrückt, wobei sich die Druckfeder (83) obenseitig an
einem mit der Führungshülse (81) verbundenen Druckring
(84) abstützt. Untenseitig sitzt der Magnetteller (80)
auf einem beweglich gelagerten Stützring (85) auf, der
über eine ebenfalls als Schraubenfeder ausgebildete
Druckfeder (86) abgefedert ist.
In der gezeigten Stellung ist der Elektromagnet (82)
desaktiviert. Dies bedeutet, daß sich das in Fig. 3
dargestellte obere Ende der Kupplungsstange (70) in einer
Stellung befinden würde, bei der die Einschnürung (72)
gegenüber den Kupplungskugeln (66, 67) liegt. Fahrrohr
(31) und Führungsstange (27) sind also voneinander
gelöst. Zur Kupplung dieser beiden Elemente wird der
Elektromagnet (82) durch Zuschaltung erregt, wodurch die
Kupplungsstange (70) gegen die Wirkung der Druckfeder
(83) zum Elektromagneten (82) hin angehoben wird. Das
obere Ende der Kupplungsstange (70) nimmt dann die in
Fig. 3 gezeigte Stellung ein. Führungsstange (27) und
Fahrrohr (31) sind dann miteinander gekuppelt. Bei einer
Desaktivierung des Elektromagneten (82) infolge
Abschaltung, Schnellabschaltungen oder auch Stromausfall
fällt die Kupplungsstange (70) wieder in die gezeigte
Stellung zurück, und zwar auf Grund ihres Eigengewichts
und unterstützt durch die Druckfeder (83), wobei sie
durch den gefederten Stützring (85) aufgefangen wird.
Die beiden übrigen Fahrrohre (30) weisen identische
Schnellabschalteinrichtungen (36) auf. Auch die
Entriegelungseinrichtung (23) des mittleren Fahrrohrs
(22) ist gleich ausgebildet, nur daß die Verbindung
zwischen Fahrrohr (22) und Führungsstange (20) - wie oben
beschrieben - bei aktiviertem Elektromagneten und damit
angehobener Kupplungsstange (56) gelöst und bei
desaktiviertem Elektromagneten und damit abgesenkter
Kupplungsstange (56) geschlossen ist.
Der dargestellte Schwimmbadreaktor (1) arbeitet wie
folgt.
Vor dem Anfahren des Schwimmbadreaktors (1) stehen beide
Absorbermäntel (16, 17) auf Minimalabstand, wobei ihre
aufeinandergerichteten Stirnseiten symmetrisch zur
Mittelebene der Brennstoffzone (14) liegen. Anschließend
werden die beiden Absorbermäntel (16, 17) gegenläufig und
synchron zur Mittelebene auseinandergefahren, bis der
Multiplikationsfaktor k eff nahe an 1 liegt. Danach wird
auf eine Feinregulierung übergegangen, bei der jeweils
eines der drei Absorbersegmente des oberen
Absorbermantels (17) um einen bestimmten Betrag nach oben
und der untere Absorbermantel (16) im Verhältnis 1/3
nach unten gefahren werden. Sobald das jeweils nach oben
fahrende Absorbersegment des oberen Absorbermantels
(17) eine festgelegte Abweichung erreicht hat, wird auf
das jeweils benachbarte Absorbersegment umgeschaltet.
Hierdurch wird bei guter Abstimmungsgenauigkeit
eine mittelgleichmäßige Ausfahrt aller Absorbersegmente
(44, 45, 46) erreicht, sowohl was die Absorbersegmente
des oberen Absorbermantels (17) als auch die des unteren
Absorbermantels (16) betrifft. Die gegenüber der
Brennstoffzone (14) um 50% größere Länge des
Berylliumstabes (19) hat zur Folge, daß dieser auch dann
den Innenraum in der Brennstoffzone (14) ausfüllt, wenn
der untere Absorbermantel (16) ganz aus der
Brennstoffzone (14) herausgefahren ist.
Mit dem Auseinanderfahren der Absorbermäntel (16, 17)
werden auch sämtliche Anschlagrohre (73) nach unten
gefahren, während die Führungsstangen (26, 27, 47) in den
Hüllrohren (28, 29, 49) nach oben fahren. Dabei
entspricht der Abstand zwischen den Anschlägen (74) und
den unteren Enden der zu Führungsrohren (63)
ausgebildeten Führungsstangen (26, 27, 47) dem Weg, den
beide Absorbermäntel (16, 17) jeweils zurückgelegt haben,
also dem jeweiligen Abstand abzüglich des
Minimalabstandes.
Bei einer Schnellabschaltung werden die Elektromagnete
(82) in sämtlichen Schnellabschalteinrichtungen (36, 37)
entregt, d. h. desaktiviert. Dies hat zur Folge, daß die
Kupplungsstangen (70) in den betreffenden Fahrrohren (30,
31) nach unten fallen, so daß die Kupplungskugeln (66,
67) nach innen ausweichen können. Die Führungsstangen
(26, 27, 47) für die Absorbersegmente des oberen
Absorbermantels (17) haben dann keinen Halt mehr und
fallen mit diesen nach unten. Diese Bewegung geschieht
unterstützt durch die Druckfeder (83) hydraulisch
gedämpft. Im Inneren der Führungsrohre (63) muß nämlich
das dort eingeschlossene Wasservolumen verdrängt werden.
Hierzu weisen die Führungsrohre (63) und auch das
Anschlagrohr (73) radiale, in Fig. 3 nicht näher
dargestellte Dämpfungslöcher auf, über die das verdrängte
Wasser in das Füllrohr (29) entweichen kann. Durch Anzahl
und Durchmesser dieser Dämpfungslöcher kann die
Fallgeschwindigkeit des oberen Absorbermantels (17) auf
ein gewünschtes Maß eingestellt werden.
Statt der Druckfeder (83) können auch eine Pneumatic-
oder andere Hilfseinrichtungen vorgesehen werden, die die
Abschaltung beschleunigen und auf diese Weise die Totzeit
minimieren.
Die Führungsrohre (63) setzen schließlich auf den
Anschlägen (74) auf. Hierdurch wird verhindert, daß der
obere Absorbermantel (17) auf den unteren Absorbermantel
(16) aufprallt. Beide nehmen dann wieder den
ursprünglichen Minimalabstand ein. Wenn der untere
Absorbermantel (16) bei der Schnellabschaltung noch nicht
voll aus der Brennstoffzone (14) ausgefahren ist, können
jetzt beide Absorbermäntel (16, 17) mit Hilfe der
Elektromotoren (25, 32, 33) nach unten verfahren werden.
Da der obere Absorbermantel (17) eine der Brennstoffzone
(14) entsprechende Höhe hat, wird die Brennstoffzone (14)
auch dann voll abgeschattet, wenn sich der untere
Absorbermantel (16) gerade in der voll nach unten
ausgefahrenen Stellung befindet.
Es besteht jetzt auch die Möglichkeit, beide
Absorbermäntel (16, 17) gemeinsam in die Anfahrposition
nach oben zu fahren, ohne daß dies Einfluß auf die
Abschattung hat.
Claims (20)
1. Schwimmbadkernreaktor mit folgenden Merkmalen:
- (a) der Schwimmbadkernreaktor hat einen Reaktortank;
- (b) im Reaktortank ist zumindest ein Kernkamin angeordnet;
- (c) der Kernkamin weist eine Kühlmittelführung mit Anschlüssen für eine Kühlmittelzufuhr und -abfuhr auf;
- (d) in dem Kernkamin ist eine Brennstoffzone vorgesehen;
- (e) in der Brennstoffzone ist zumindest ein Brennelement mit brennstofffreiem Zentralkanal angeordnet;
- (f) es ist eine Absorbereinrichtung vorgesehen;
- (g) die Absorbereinrichtung ist über Antriebsstränge mit zumindest einem Absorberantrieb zu dessen vertikaler Bewegung zwecks Steuerung der Reaktorleistung verbunden;
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- (h) die Absorbereinrichtung weist zwei Absorbereinheiten (16, 17) auf;
- (i) die Absorbereinheiten (16, 17) sind über den Absorberantrieb (25, 32, 33) gegenläufig und symmetrisch zum Mittelpunkt der Brennstoffzone (14) auseinander- und zusammenfahrbar;
- (j) die obere Absorbereinheit (17) ist zumindest so hoch wie die Brennstoffzone (14);
- (k) die untere Absorbereinheit (16) ist zumindest halb so hoch wie die Brennstoffzone (14);
- (l) die obere Absorbereinheit (17) ist zumindest mit einer Schnellabschalteinrichtung (36, 37) zum vollständigen Einfahren der Absorbereinheit (17) in die Brennstoffzone (14) ausgebildet;
- (m) der Zentralkanal ist von einem Füllmedium (19) zumindest im Bereich der Brennstoffzone (14) ausgefüllt, das eine im Vergleich zum Material der Absorbereinheiten (16, 17) geringere Neutronenabsorption hat.
2. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelement aus zwei
gleich ausgebildeten, übereinander angeordneten
Brennelementabschnitten (12, 13) besteht.
3. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmedium aus einem
in einem Behälter eingeschlossenen Gas, insbesondere
Luft oder Helium, aus in einem Behälter
eingeschlossenem schweren Wasser oder Graphit oder
aus Beryllium (19) besteht.
4. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmedium (19) mit
der unteren Absorbereinheit (16) verbunden ist und
zumindest 1,5mal so hoch wie die Brennstoffzone (14)
ist.
5. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche
1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Absorbereinheiten als
an der Innenseite des Brennelements bzw. der
Brennelementabschnitte (12, 13) angeordnete
Absorbermäntel (16, 17) ausgebildet sind, in deren Innerem
das Füllmedium (19) angeordnet ist.
6. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der
Absorbermäntel (16, 17) vertikal in wenigstens zwei
Absorbersegmente (44, 45, 46) aufgeteilt ist, wobei
die Absorbersegmente des oberen Absorbermantels (17)
mit eigenen Antriebssträngen (26, 27, 47; 30, 31)
verbunden sind.
7. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche
1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antriebsstrang der
oberen Absorbereinheit (17) in einen absorberseitigen
Führungsstrang (26, 27, 47) und einen antriebsseitigen
Fahrstrang (30, 31) aufgeteilt ist und daß jeweils
Führungsstrang (26, 27, 47) und Fahrstrang (30, 31)
mit einer Kupplung (62) verbunden sind, die über die
Schnellabschalteinrichtung(en) (36, 37) lösbar sind.
8. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (62)
jeweils aus Ausnehmungen (64, 65, 68, 69) in sich
überlappenden Abschnitten von Führungs- und
Fahrstrang (26, 27, 47; 30, 31) und darin einfassenden
Kupplungselementen (66, 67) sowie aus einer mit der
Schnellabschalteinrichtung (36, 37) verbundenen
Kupplungsstange (70) zur Führung der Kupplungselemente
(66, 67) bestehen.
9. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente
(66, 67) querverschieblich gehalten sind und an der
Kupplungsstange (70) anliegen und daß die
Kupplungsstange (70) Ausnehmungen (72) aufweist, die
den Kupplungselementen (66, 67) in der Lösestellung
der Kupplungsstange (70) gegenüberstehen und in die die Kupplungselemente (66, 67)
aus den Ausnehmungen (64, 65, 68, 69) in zumindest
einer der zu kuppelnden Stränge (26, 27, 47; 30, 31)
zurückspringen.
10. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente als
Kupplungskugeln (66, 67) ausgebildet sind.
11. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche
7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstränge (26,
28, 47) jeweils mit einer hydraulischen
Dämpfungseinrichtung versehen sind.
12. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstränge (26,
27, 47) an ihren antriebsseitigen Enden als
Führungsrohre (63) ausgebildet sind, in die die
antriebsfernen Enden der Fahrstränge (30, 31)
hineinragen, und daß in diesem Bereich eine
Dämpfflüssigkeit vorgesehen ist.
13. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das
Führungsrohr (63) den Fahrstrang (30, 31) eng
umschließt und Dämpfungsöffnungen aufweist.
14. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche
1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß für die obere
Absorbereinheit (17) Anschläge (74) vorgesehen sind,
die sich mit der unteren Absorbereinheit (16)
mitbewegen.
15. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche
7 bis 13 und 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (74) im
Bereich der antriebsseitigen Enden der Führungsstränge
(26, 27, 47) vorgesehen sind, wobei die Anschläge (74)
mit dem Antriebsstrang (20) der unteren
Absorbereinheit (16) verbunden sind.
16. Schwimmbadkernreaktor nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstrang (20)
der unteren Absorbereinheit (16) über Quertraversen
(75, 78) mit Anschlagrohren (73) verbunden ist, die
den Kupplungsbereich der Antriebsstränge (26, 27, 47;
30, 31) der oberen Absorbereinheit (17) umschließen
und innenseitig Anschläge (74) für die Führungsstränge
(26, 27, 47) aufweisen.
17. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche
12 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagrohre (73) die
Führungsrohre (63) eng umschließen und ebenfalls
Dämpfungsöffnungen aufweisen.
18. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche
1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Schnellabschalteinrichtung (bzw. -einrichtungen) (36, 37) einen im
Normalbetrieb aktivierten Elektromagneten (32)
aufweist bzw. aufweisen.
19. Schwimmbadkernreaktor nach einem der Ansprüche
1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstränge (20,
22, 26, 27, 30, 31, 47) und die Absorberantriebe (25,
32, 33) unterhalb des Kernkamins (8) angeordnet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873727529 DE3727529A1 (de) | 1987-08-18 | 1987-08-18 | Schwimmbadkernreaktor |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873727529 DE3727529A1 (de) | 1987-08-18 | 1987-08-18 | Schwimmbadkernreaktor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3727529A1 DE3727529A1 (de) | 1989-03-02 |
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Family
ID=6333995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19873727529 Granted DE3727529A1 (de) | 1987-08-18 | 1987-08-18 | Schwimmbadkernreaktor |
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DE1414760B2 (de) * | 1961-06-21 | 1972-03-02 | Muller, Arno, 7521 Neuthard, Kostrzewa, Siegfried H ,5060 Bensberg | Poolreaktor mit ortsveraenderbarem reaktorkern |
US4186050A (en) * | 1978-05-22 | 1980-01-29 | General Atomic Company | Nuclear reactors |
-
1987
- 1987-08-18 DE DE19873727529 patent/DE3727529A1/de active Granted
Also Published As
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