DE69206094T2 - Betonstrukturschutz- und Kühlvorrichtung eines Kernreaktores, dessen Spaltzone nach einem Unfall eine Schmelzung erfährt. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schützen und Kühlen der Betonstruktur eines Kernreaktors, dessen Kern infolge eines Unfalls in eine Schmelze eingetreten ist.
• Die Druckwasserkernreaktoren weisen einen allgemein zylinderförmigen Behälter auf, der den Reaktorkern umschließt, wobei er mit seiner vertikalen Achse in einem zylindrischen Behälterschacht oder einer zylindrischen Behälterwanne angeordnet ist, die einen unteren Boden aufweist, der unter dem Behälter angeordnet ist. Der Kern des Kernreaktors wird durch Druckwasser gekühlt, das in dem Primarkreislauf des Reaktors und im Inneren des Behälters in Kontakt mit den Brennelementanordnungen zirkuliert.
• Im Falle von bestimmten Unfällen, die in dem Kemreaktor auftreten und die sich in einen Verlust der Kühlfunktion des Kernes umsetzen, muß man unter Berücksichtigung der schwerwiegenden Folgen, die hieraus resultieren würden, obwohl die Wahrscheinlichkeit eines solchen Vorgangs extrein gering und praktisch null ist, den Fall vorsehen, wo die Hilfseinspritzkreise des Reaktors nicht in Betrieb gesetzt werden können. Es kann hieraus eine Unfallreihe entstehen, die zum Schmelzen des Kerns bei Abwesenheit von Kühlwasser führt, was zu einer Zerstörung durch Durchlöcherung des Bodens des Behälters und dem Ausfließen der Masse des geschmolzenen Kernes und der Materialien, die den Kern umgeben, in die Schächte aus Beton, die den Reaktorbehälter enthalten, mit sich bringen können. Der Kontakt der schmelzenden Masse der Brennelemente und der Materialien, die die Brennelemente umgeben, was Corium genannt wird, dessen Temperatur 2500 bis 2800 ºC erreichen kann, mit dem Boden des Behälterschachtes aus Beton bei Abwesenheit der Kühlung, kann die völlige Zerstörung des Bodens des Schachtes hervorrufen. Das Corium kann so in den Boden oder die Sohle des Sicherheitsbehälters des Reaktors eindringen, diesen zerstören und die Grundwasserspiegel kontaminieren, die in dem Boden des Standortes des Kernreaktors vorhanden sind. Das Vorandringen des Coriums im Inneren des Bodens hält nur dann an, wenn die verbleibende Kraft des Coriums ausreichend abgenommen hat.
• Es wurden verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen, um den Kontakt des Coriums mit dem Boden des Behälterschachts aus Beton zu vermeiden.
• Die bekannten Vorrichtungen erlauben allgemein die Masse des Coriums über eine gewisse Oberfläche zu verteilen bzw. zu verdünnen, damit die auszubringende Energie pro Oberflächeneinheit die geringstmögliche ist und mit den Möglichkeiten der Kühlung durch Flüssigkeiten vereinbar ist. So wurde beispielsweise vorgeschlagen, das Corium in eine metallische Tasche aufzusammeln und einzubringen, die innen mit hitzebeständigen Materialien überzogen ist, deren Teilschmelze auf vorübergehende Weise Energie absorbiert, und ermöglicht, ein Zeitintervall zu schaffen, das ausreichend ist, um äußerlich die metallische Hülle oder Tasche in eine Wassermasse einzutauchen, um die verbleibende Energie des Coriums durch Aufwallen oder Sieden der Wassermasse auszubringen.
• Der Nachteil dieser Vorrichtung rührt von dem Faktum her, daß die wärmedämmenden Materialien meistens äußerst schlechte Wärmeleiter sind, was dazu führt, die Ausgleichstemperatur des Coriums zu erhöhen, das im flüssigen Zustand verbleibt.
• Es sind weitere Vorrichtungen bekannt, die wärmedämmende Sohlen verwenden, die ständig durch einen Wasserkreislauf gekühlt werden. Einer der Nachteile dieser Vorrichtungen ist, daß der Kühlkreislauf Verlusterscheinungen aufweisen kann, die in der Lage sind, ihn wenigstens teilweise unwirksam zu machen. Andererseits ist der Wärmeaustausch nicht ausreichend intensiv, um zu verhindern, daß das Corium auf einer erhöhten Temperatur und im flüssigen Zustand nach seinem Ausschütten auf die Auffang- und Kühlvorrichtung verbleibt.
• Es ist ebenfalls eine Vorrichtung bekannt, die aus einer Stapelung von Profilen gebildet wird, die horizontal im Boden des Schachtes bzw. der Wanne unterhalb des Bodens des Behälters angeordnet sind, derart, daß sie Aufnahmebehälter für das geschmolzene Corium bilden, um die Verteilung der geschmolzenen Masse zu erzeugen, ihre Kühlung oder Abkühlung zu verbessern und ihre Verfestigung zu ermöglichen. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie keinen wirksamen einen Schutz des Betons des Behälterschachtes sicherstellt, wenn das Fließen des Coriums auf örtliche Weise erfolgt. Die Profile, die versetzt angeordnet sind, sind somit in der Lage, sich aufeinanderfolgend mit dem geschmolzenen Corium durch lokales Überströmen zu füllen, derart, daß die geschmolzene Masse schnell den Boden des Behälterschachts erreichen kann.
• Schließlich ist durch die Europäische Patentanmeldung EP- A1-0 514 243 eine Vorrichtung zum Auffangen bzw. zum Aufsammeln und Kühlen des schmelzenden Kerns eines Kernreaktors bekannt, die ermöglicht, jeglichen Kontakt zwischen der Masse des geschmolzenen Kerns und dem Beton des Behälterschachts zu vermeiden und eine Abkühlung und schnelle Verfestigung der geschmolzenen Masse sicherzustellen. Diese Vorrichtung wird durch eine metallische Struktur gebildet, die am Boden des Behälterschachtes ruht und die in eine Wassermasse eingetaucht ist, die den unteren Bereich des Behälterschachtes füllt. Die metallische Struktur weist einen zentralen Kamin, eine Seitenwand des Auffangens und Kühlens des schmelzenden Kerns und eine Umfangswand auf.
• Diese Vorrichtung, die ermöglicht, schnell eine Verteilung, ein Kühlen und Verfestigen des Coriums zu bewerkstelligen, hat jedoch den Nachteil, daß die metallische Struktur unter der Einwirkung der dynamischen Kräfte, die beim Abfall des Coriums und Behälterbodens erzeugt werden, zerstört werden kann, welche mehrere tausend Tonnen erreichen können.
• Darüber hinaus bringt die Kühlung des Coriums die Bildung einer extrem großem Dampfrate im Inneren des Behälterschachts mit sich, wobei diese Rate in der Größenordnung von 10.000 m³/Stunde ist. Die Ableitung einer derartigen Dampfrate in die Atmosphäre bzw. Umgebung des Sicherheitsbehälters bringt eine Verteilung der Kernspaltungsprodukte im gesamten Volumen des Reaktorgebäudes mit sich, was mit den Sicherheitsprinzipie, die eingehalten werden müssen, unvereinbart ist.
• Durch die WO-A-88/09998, die FR-A-2.383.505 und die GB-A- 2.236.210 sind Vorrichtungen zum Auffangen und Kühlen des in die Schmelze eingetretenen Kerns eines Kernreaktors bekannt.
• Die WO-A-88/09998 beschreibt eine Struktur zum Auffangen und Kühlen, die in die Sohle aus Beton des Reaktors eingesetzt ist, wobei sie ein leitendes Element aus Graphit und eine Kühlvorrichtung in Kontakt mit dem leitenden Element aufweist.
• Die FR-A.2.383.505 betrifft einen Auffangbehälter des geschmolzenen Kerns, der mit Graphitpartikeln gefüllt ist, in die Kühlschlangen eingetaucht sind.
• Die GB-A-2.236.210 betrifft einen Auffangbehälter, der eine Sandwich-Struktur aufweist, die aus wärmeresistenten Materialblöcken gebildet ist, die zwischen zwei metallischen Schichten eingebracht sind.
• Diese bekannten Vorrichtungen werden wenigstens teilweise aus nicht metallischen Elementen gebildet und können nur durch herkömmliche mechanische Konstruktionsverfahren erzeugt werden.
• Das Ziel der Erfindung ist somit, eine Vorrichtung zum Schutz und zum Kühlen der Betonstruktur eines Kernreaktors vorzuschlagen, dessen Kern infolge eines Unfalls in eine Kernschmelze eingetreten ist, wobei der Reaktor einen allgemein zylinderförmigen Behälter aufweist, der den Reaktorkern einschließt und mit seiner senkrechten Achse in einem Behälterschacht oder in einer Behälterwanne, mit einem unterem Boden, auf der Kühl- und Schutzvorrichtung ruht, die aus einem Teil der Reaktorstruktur besteht, die einen Teil der Sohle aufweist, die senkrecht unterhalb des Behälters liegt, wobei diese Vorrichtung, die auf einfache Weise mittels klassischer Herstellungsverfahren geschaffen werden kann, eine sehr große Widerstandskraft und eine sehr große Starrheit aufweist, derart, daß sie das Herabfallen des Coriums und des Behälterbodens aushält und das Kühlen des Coriums ohne Rückstoß von Dampf in das Reaktorgehäuse sicherstellt.
• Hierzu ist die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einer Metallplatte oder -sohle gebildet, die aus Blöcken gebildet ist, die aneinander angrenzen und miteinander verschweißt sind und den Boden der Behälterwanne abdecken, in dem Kanäle zum Kühlen durch Zirkulation eines Fluides ausgebildet sind, die aus bearbeiteten Teilen von aneinanderstoßenden Seiten der Blöcke bestehen und mit Zuführ- und Abführ- bzw. Ausbringeinrichtungen der Kühlflüssigkeit verbunden sind.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nunmehr nicht einschränkend, beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kühlen und Schützen beschrieben, die im Falle eines Kernreaktors verwendet wird, der durch Druckwasser gekühlt wird.
• Die Figur 1 ist eine Schnittansicht durch eine vertikale Ebene der Sicherheitshülle eines Druckwasserkernreaktors, mit einer Kühl- und Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung.
• Die Figur 2 ist eine schematische Ansicht des unteren Bereichs der Behälterwanne des in Figur 1 dargestellten Kernreaktors.
• Die Figur 3 ist eine Ansicht von oben einer Metallplatte, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen und Schützen bildet.
• Die Figur 4 ist eine Seitenansicht gemäß 4 von Figur 3.
• Die Figur 5 ist eine Schnittansicht gemäß 5-5 von Figur 3.
• Die Figur 6 ist eine Schnittansicht gemäß 6-6 von Figur 5.
• Die Figur 7 ist eine Schnittansicht der Metallplatte, die gemäß einer Variante ausgebildet ist, wobei sie einen Kühlkanal und seine Zuführeinrichtungen und Abführeinrichtungen von Kühlwasser zeigt.
• Die Figur 8 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Rückhalteklappe des Kühlkanals, dargestellt in Figur 7, zeigt.
• In Figur 1 ist die Sicherheitshülle 1 mit doppelter Wandung eines Kernreaktors ersichtlich, in dessen Inneren der Behälter 3 angeordnet ist, der den Kern 4 des Reaktors umschließt, in einer vertikalen Position und gemäß der Achse eines Behälterschachtes bzw. einer Behälterwanne 2.
• Der untere Bereich der Sicherheitsumhüllung 1 aus Beton mit doppelter Wandung wird durch eine Sohle 5 gebildet, die auf dem Boden ruht.
• Die Vorrichtung zum Kühlen und Schützen, gemäß der Erfindung, die auf allgemeine Weise durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, wird durch eine metallische Platte 11 gebildet, die auf einem Bereich der angehobenen Sohle 5 ruht und unterhalb der Behälterwanne 2 plaziert ist, unterhalb des Bodens des Behälters 3, der den Kern 4 umschließt. Im Inneren der Platte 11 sind Kühlkanäle 20 ausgebildet, die mit einem Kühlfluid bzw. einer Kühlflüssigkeit gespeißt werden, wie beispielsweise Wasser durch einen Kühlkreislauf, der Kanäle 12 und 13 aufweist, die die Seitenwand der Sicherheitsumhüllung 1 durchqueren.
• Der Kühlkreislauf wird aus zwei Halbkreisläufen gebildet, die jeweils Kanäle wie jene 12 und 13 aufweisen, die mit der gekühlten Metallplatte 11 verbunden sind, einen Wärmetauscher 14, der durch Luft (Pfeil 15) gekühlt wird, einen Auffangbehälter 16 des Ausdehnens und Sammelns von Kondensaten, die vom Wärmetauscher 14 herrühren, und eine Zirkulationspumpe 17 aufweisen.
• Bei einem jeden der Halbkreisläufe wird das aus der Platte durch die Kanalisation 13 austretende Wasser in Inneren des Wärmetauschers 14 gekühlt, bevor es in die Platte durch die Leitung 12 zurückgeführt wird, durch die Antriebshöhe, die aus dem Unterschied der spezifischen Volumina der Emulsion Wasser-Dampf herrühren, die in dem Kanal 13 vorliegt, und dem gekühlten Wasser, das zur Platte durch den Kanal 12 zurückkehrt.
• Die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Schutz- und Kühlvorrichtung in dem Fall einer Schmelze der Kerns 4 und des Bodens des Behälters wird detaillierter im nachfolgenden Text beschrieben. Auf schematische Weise, wenn der Kern 4 des Kernreaktors in Schmelze aufgrund eines Unfalls tritt und das Schmelzen des Bodens des Behälters hervorruft, verbreitet sich die Mischung, gebildet aus dem Kern, dem Material der Brennelementhülsen und bestimmter Elemente des Reaktorbehälters, genannt Corium, auf der Platte oder Sohle 11. Die Sohle 11 von großer Dicke ist in der Lage, das geschmolzene Corium aufzufangen ohne dabei zerstört zu werden, den Schutz des Bodens oder der Sohle 5 sicherzustellen und die Kühlung des Coriums durchzuführen.
• Die Sohle 11 wird durch Zirkulation von Wasser gekühlt, das von den Zuführleitungen, wie beispielsweise 12 kommt.
• Das aufgeheizte Wasser oder der Dampf wird durch die Leitung 13 am Ausgang der Sohle 11 gesammelt und gekühlt und im Inneren des Wärmetauschers 14 kondensiert. Das gekühlte Wasser wird in die Kühlkanäle der Sohle 11 durch die Leitung 12 zurückgeführt.
• Das Kühlen des Coriums wird somit ohne Dampfemission in die Umhüllung durchgeführt, und unter Verwendung von Kühleinrichtungen, die außerhalb der Sicherheitshülle des Reaktors angeordnet sind.
• Die Wärmetauscher 14 und die Reservoirs 16 des Kühlkreislaufs sind auf einer Höhe oberhalb der horizontalen Mittenebene der Sohle 11 angebracht, die in der Größenordnung von 25 m sein kann, und die ermöglicht, einen statischen Druck der Wassersäule in den Zuführkanälen oder Leitungen zu erhalten, die von derselben Größenordnung ist, wie der Last- oder Druckverlust in den Kühlkanälen der Sohle 11.
• In Figur 2 wurden der Bereich 5a der Sohle 5, der nach oben vorspringend unterhalb der Behälterwanne 2 und die gekühlte Sohle 11, die auf dem Bereich 5a der Sohle ruht, dargestellt.
• Eine Seitenwand aus metallischem Blech 18 oder einer Haut, die die obere Oberfläche der Sohle 5 bedeckt, und auf die eine Schicht Schutzbeton gegossen ist, ist mit dem äußeren Abschnitt der metallischen Sohle oder Platte 11 verbunden.
• Es wird nunmehr detaillierter die metallische Sohle oder Platte 11 der Kühl- und Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben, unter Bezugnahme auf die Figuren 3, 4, 5 und 6.
• Die Sohle 11 wird durch eine Metallplatte gebildet, in der Kühlkanäle 20 ausgebildet sind und die an ihren Längsenden mit Sammlern 21 und 22 verbunden sind, die die Zuführung der Kanäle 20 mit Kühlflüssigkeit und das Ausbringung der Kühlflüssigkeit, die aufgeheizt und gegebenenfalls verdampft ist, sicherstellen.
• Die Sammleranordnung 21 wird mit Kühlwasser durch die Leitung 21a gespeist und ist in entgegengesetzter Richtung mit einer Ausbringleitung 21b verbunden.
• Gleichermaßen ist die Sammleranordnung bzw. der Sammler 22 mit einem seiner Querenden mit einer Zuführleitung 22a und an seinem anderen Ende mit einer Ausbringleitung 22b verbunden.
• Wie es in Figur 5 ersichlich ist, weist ein jeder der Sammler eine äußere Hülle 24 und eine innere Hülle 25 auf, die durch Schweißen an den Seitenwänden der metallischen massiven Platte 11 befestigt sind.
• Ein jeder der Kanäle 20, die in der Wanddicke der Platte ausgebildet sind, weist eine Nadelform und einen unteren Arm auf, der an einem seiner Enden im Inneren der äußeren Hülle 24 und außerhalb der inneren Hülle 25 eines Sammlers 21 (oder 22) mündet, und einen oberen Arm auf, der an einem seiner Enden im Inneren der inneren Hülle 25 von einem der Sammler 21 (oder 22) mündet.
• Die aufeinanderfolgenden Kühlkanäle, wie beispielsweise 20, 20', die entlang der Länge der gekühlten Platte 11 angeordnet sind, münden abwechselnd in den Sammler 21 oder in den Sammler 22.
• Das Kühlwasser zirkuliert, während des Betriebs der Vorrichtung, im Inneren eines jeden der Kanäle 20, zwischen dem äußeren Zuführsammler 24 und dem inneren Ausbringsammler 25.
• Wie es in Figur 6 ersichtlich ist, ist die Metallplatte 11 aus aufeinanderfolgenden Blöcken 30a, 31a, 31b, ..., 31n und 30b gebildet, die untereinander entlang ihrer Seitenwände verschweißt sind, um aufeinanderfolgende und parallele Verbindungsebenen 32 zu bilden.
• Die Endblöcke 30a und 30b weisen eine Höhe auf, die größer ist als die Höhe der Zwischenblöcke 31a, 31b, ..., 31n, und weisen einen oberen Abschnitt 43 auf, der bezüglich des oberen Abschnitts der Blöcke 31 nach oben vorspringt, wobei er einen Raumteiler bildet, der dazu dient, die Masse des Coriums in Schmelze auf der Platte 11 zurückzuhalten.
• Die Endblöcke 30a und 30b weisen eine Seite auf, die dazu dient, gegen eine entsprechende Seite eines Zwischenblocks gebracht und verschweißt zu werden, die derart bearbeitet ist, daß sie durch Zusammensetzen mit entsprechenden Bearbeitungen der Zwischenblöcke den unteren Arm und den oberen Arm eines Kühlkanals 20 bilden.
• Die Zwischenblöcke 31a, 31b, ..., 31n sind an ihren beiden Seitenwänden, die gegen eine entsprechende Seite eines anderen Zwischenblocks oder eines Endblocks zusammengesetzt und verschweißt sind, bearbeitet, um Abschnitte des unteren und oberen Armes von zwei aufeinaderfolgenden Kühlkanälen zu bilden.
• Die erhöhten Seiten 43 der Endblöcke 30a und 30b sind mit einer Schicht von hitzebeständigem Material 35 beschichtet, das dazu dient, den Raumteiler gegen das heiße Corium zu schützen, das in der Lage ist, sich auf der Platte 11 zu verteilen.
• Die Endblöcke 30a und 30b sowie die Zwischenblöcke 31a bis 31n sind an ihrem oberen Abschnitt bearbeitet, derart, daß sie, wenn sie zusammengesetzt sind, parallele Nuten oder Kerben 33 in Längsrichtung der Platte 11 bilden. Diese Kerben 33 ermöglichen, die Übertragung der Hitze, die von dem Corium kommt, zu den Kühlkanälen 20 zu fördern und Fallen zu bilden, die das Corium beim Kühlen halten. Diese Kerben ermöglichen ebenfalls, die Schweißvorgänge der Stahlblöcke, die paarweise zusammengesetzt sind, zu erleichtern.
• Eine Struktur aus mechanisch verschweißtem Blech 34 ist über der oberen Oberfläche der Zwischenblöcke 31 der Platte 11 derart angeordnet, daß sie die Platte stützt, und die kinetische Energie absorbiert, die beim Herabfallen des Coriums und des Behälterbodens auf die Platte 11 auftritt, im Falle eines Unfalls, der sich als eine Kernschmelze des Reaktors einstellt.
• Die Struktur 34 weist einen oberen Abschnitt auf, der von einem gefalteten Blech und einer Verstärkungsplattenanordnung 29 gebildet wird, die senkrecht zum oberen Abschnitt der Struktur verlaufen, wobei sie jeweils in Eingriff kommen in eine Kerbe 33, um den Halt der Struktur 34 auf der Platte 11 sicherzustellen.
• Wie es in Figur 7 ersichtlich ist, die eine Ausführungsvariante der Vorrichtung betrifft, was die Position der Sammler angeht, ist ein jeder der Kühlkanäle 20 in Nadelform, die im Inneren der Metallplatte 11 angeordnet sind, mit einem seiner Enden mit einem Zuführsammler 36 verbunden, der selbst mit einer Zuführleitung 36a über eine Einwegklappe 38 verbunden ist. Das andere Ende des Kühlkanals 20 ist mit einem Ausbringsammler 37 verbunden, der selbst mit einer Ausbringleitung 37a verbunden ist.
• Die Zuführkanäle 36a und 37a sind selbst mit Leitungen oder Kanälen eines Kühlkreises verbunden, wie beispielsweise den Leitungen 12 und 13, die in der Figur 1 4argestellt sind.
• In der Figur 8 ist eine Einwegklappe 38 dargestellt, die am Eingang eines Kühlkanals 20 angeordnet ist, der im Inneren der Platte 11 ausgebildet ist.
• Die Klappe 38 weist eine Kammer 39 auf, in deren Inneren ein Sitz 41 eingeschweißt ist. Eine Alumin-Kugel 40 kommt unter der Einwirkung ihres Gewichts auf dem Sitz 41 zum Ruhen, derart, daß sie die Passage schließt, die die Zuführkammer 36 mit dem Kanal 20 verbindet, wenn der Sammler 36 nicht gespeißt wird.
• Wenn der Sammler gespeißt wird, wird die Kugel 40 durch den Kühlwasserstrom in ihre Postion 40' angehoben, derart, daß das Wasser in den Kühlkanal 20 eindringen kann.
• Das im Inneren des Kühlkanals 20 zirkulierende Kühlwasser ist in der Lage, wenigstens teilweise am Beginn des Kühlens zu verdampfen, wenn die natürliche Zirkulation noch nicht etabliert ist, so daß der Kanal 20 von einer Emulsion oder Mischung Wasser-Dampf durchströmt wird.
• Die Klappe 38 ermöglicht zu vermeiden, daß die Emulsion Wasser-Dampf, die durch den Zuführsammler 36 gebildet wurde, entweichen kann. Diese Emulsion oder Mischung Wasser- Dampf kann nur durch den Ausbringsammler 37 oder den Heißsammler entweichen. Es stellt sich somit zunehmend und allmählich eine natürliche Zirkulation durch Dichteunterschiede der beiden Flüssigkeitssäulen ein, der anschließend die Klappe offenhält.
• Im Fall einer Kühl- und Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung, die in einem Druckwasserkernreaktor verwendet wird, wie er derzeit gebaut und betrieben wird, wird eine Platte verwendet, deren Oberfläche, die im wesentlichen der Oberfläche des Bodens der Behälterwanne entspricht, ca. 66m² beträgt.
• Die aus Baustahl A42 hergestellte Metallplatte weist eine Dicke von mehr als 300 mm in ihrem Mittenbereich auf und weist seitliche Raumteiler auf, die dazu dienen, das Corium mit einer Höhe in der Nähe von 800 mm zurückzuhalten.
• Die Platte 11 wird aus benachbarten Blöcken 30a, 30b, 31a bis 31n gebildet, deren Länge in der Nähe von 8 m liegt.
• Diese Blöcke sind derart bearbeitet, daß sie Kühlkanäle ausbilden, deren Durchmesser ca. 30 mm beträgt.
• Die Platte ruht auf der Sohle 5 aus Beton, deren Schutz sie im Bereich des Bodens des Behälters sicherstellt.
• Die Platte ermöglicht, das geschmolzene Corium im Falle eines Unfalls, der sich durch einen Gesamtfehler der Kühlung in dem Reaktor einstellt, zu sammeln, wobei das Corium ein Volumen größer als 40 m³ hat.
• Das auf der Metallplatte 11 verteilte Corium besetzt eine Höhe von mehr als 600 mm in dem Mittenbereich der Platte 11, zwischen den Raumteilern oder Seitenwänden 43.
• Das in dem Fall einer Kernschmelze gebildete Corium kann in der Form eines flüssigen, kontinuierlichen Milieus oder in Form von teilweise geschmolzenen Brocken vorliegen, die sich auf der Platte 11 der Kühlvorrichtung im Falle eines Unfalls verteilen. In allen Fällen verteilt sich das Corium auf nahezu gleichmäßige Weise auf der Oberfläche der Platte.
• In dem Falle, wo das Corium ein kontinuierliches, geschmolzenes Milieu ist, ist es sehr flüssig und es kann sich an seiner Oberfläche keine stabile, verfestigte Kruste herausbilden, insofern als sich eine intensive Wärmeabgabe unter der Oberfläche des Coriums ergibt. Das gesamte Corium mit großer Fluidität verteilt sich somit ohne Schwierigkeit auf der Platte. Wenn das Corium durch fragmentierte Brocken gebildet wird, können sich lokalisierte Materialverdichtungen oder Knoten auf der Platte ergeben, jedoch können diese Ansammlungen keine Größe erreichen, die zu einem größeren Wärmestrom führen als jener, der in dem Fall einer gleichmäßigen Verteilung des flüssigen geschmolzenen Coriums auftritt.
• Wenn das Corium sich auf der Metallplatte 11 verteilt, kommt es in Kontakt mit der Struktur 34, die einen Teil der kinetischen Energie absorbiert, die den Fall des Coriums begleitet. Die Metallplatte 11 ist so ausgelegt, daß sie den Fall des Coriums begleitet. Die Metallplatte 11 ist so ausgelegt, daß sie den Fall des Coriums aushält, und insbesondere sind die Kühlkanäle 20 so mit einem Abstand P beabstandet, der die Stufe des Kühlkreislaufs bildet, dessen Wert so ist, daß die Struktur der gekühlten Platte gleich einer massiven Struktur ist, die in der Lage ist, auf die Sohle 5 die großen Lasten zu übertragen, die den Fall des Coriums begleiten, ohne bemerkbare Verformung der Kühlkanäle.
• Wenn das Corium, dessen Temperatur in der Nähe von 2400ºC liegt, in Kontakt mit der oberen Oberfläche der Platte 11 kommt, schmilzt der Stahl der Platte auf einer geringen Dicke und mischt sich mit dem Corium. Eine Kruste von geringer Dicke (einer Dicke von einigen Zentimetern) bildet sich zwischen dem Corium und dem Stahl aus und ein Wärmgleichgewicht stellt sich ein, sobald die durch die Kühlkanäle 20 absorbierte Energie der durch das Corium freigesetzten Wärme entspricht.
• Bei der Berechnung der Abmessungen der Platte und der Eigenschaften des Kühlsystems wird angenommen, daß das Corium vollkommen trocken ist, und es somit nicht von oben durch Wasserverdampfen gekühlt wird. Darüber hinaus wird der Strahlungswärmestrom, der durch das Corium in Richtung der Behälterwanne ausgestrahlt wird, vernachlässigt. Der Kreislauf ist so konzipiert, daß er das Corium kühlt, entweder durch natürliche Zirkulation, oder durch erzwungene Zirkulation.
• Im permanenten Betrieb, wenn sich eine verfestigte Kruste in Berührung mit der Metallplatte gebildet hat, ist die Temperatur an der Grenzschicht der verfestigten Kruste und der oberen Oberfläche der Platte geringer als die Schmelztemperatur des Stahls, nämlich 1450ºC. Die Gesamtheit der durch das Corium abgegebenen Wärme wird durch Leitung in der verfestigten Kruste und in der Metallplatte ausgebracht.
• Die Engergie, die von dem Corium freigeworden ist, das von der Platte gesammelt ist, ist in der Größenordnung von 32 MW, wobei diese Engergie durch den Kühlkreislauf ausgebracht wird.
• Sobald das Corium in Berührung mit der Platte kommt, erzeugt das Aufheizen dieser Platte ein teilweises Aufwallen des Wassers, was eine natürliche Zirkulation erzeugt, wenn die Pumpen 17 außer Betrieb sind.
• Es ergibt sich eine natürliche Zirkulation des Kühlwassers in den Kanälen mit teilweiser Aufwallung; jedoch sind die Kanäle derart ausgelegt, daß sich kein Verstopfen durch den Dampf ergeben kann. Die natürliche Zirkulation des Kühlwasser leitet sich ohne äußeren Eingriff ein und das Wasser durchquert die Pumpen 17 des Kühlkreislaufs.
• Nach längerer Zeitdauer, beispielsweise nach drei Tagen nach dem Unfall, der die Kernschmelze erzeugt hat, können die beiden Pumpen 17 des Kühlkreislaufs erneut in Betrieb gesetzt werden, um eine erzwungene Zirkulation zu schaffen.
• Man erhält somit eine kontinuierliche Zirkulation, die zu einem beschleunigten Kühlen und einer Verfestigung des auf der Platte verteilten Coriums führt.
• Die Pumpen 17 können durch Wärmemotoren oder elektrische Motoren angetrieben werden.
• Das sich in Zirkulation befindende Wasser heizt sich in dem unteren Arm eines jeden der Kühlkanäle auf bevor es in den oberen Arm fließt, wo es sich aufheizt und dabei flüssig bleibt, im Falle einer erzwungenen Zirkulation, wo es teilweise verdampft, im Falle einer natürlichen Zirkulation mit einer Mischung aus zwei Phasen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit extrem sicher und ermöglicht den wirksamen Schutz der Sohle des Reaktors, in dem Maße, daß die metallische Sohle oder Platte den Fall des Coriums aushält ohne sich zu verformen, wobei die Zirkulation des Kühlfluides in den Kanälen der Platte unmittelbar nach dem Fall des Coriums auf passive Weise beginnt.
• Darüber hinaus kann die Langzeitkühlung des Coriums bis zu seiner vollständigen Verfestigung leicht sichergestellt werden durch erzwungene Zirkulation des Kühlwassers.
• Das Kühlen des Coriums wird ohne Erzeugung von Dampf in Inneren des Reaktorgehäuses durchgeführt.
• Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
• So kann vorgesehen werden, metallische Platten oder Sohlen zu verwenden, die auf zur beschriebenen Weise unterschiedliche Weise geschaffen werden. Anstelle von miteinander verschweißten Blöcken, könnnen Teilelemente der Platte verwendet werden, die durch Ineinanderstecken zusammengesetzt werden und an der Sohle durch eingelassene und gekapselte Kontaktklötze in der Sohle befestigt werden und in Öffnungen eingreifen, die in einem jeden Element der Platte vorgesehen sind.
• Die Platte kann unterschiedliche Formen und Abmessungen haben, gemäß den Eigenschaften des Behälters und der Behälterwanne des Reaktors.
• Der Kühlkreislauf der Platte kann aus einer Art gebildet sein, die unterschiedlich ist zu jener vorbeschrieben.
• Es ist jedoch bevorzugt, die aktiven Elemente des Kühlkreislaufes, wie beispielsweise die Wärmetauscher, außerhalb der Sicherheitshülle des Reaktors anzuordnen.
• Die erzwungene Zirkulation der Kühlflüssigkeit kann von jeder Art von Zirkulationspumpen sichergestellt werden, die allgemein in den Kühlkreisläufen eines Kernreaktors verwendet werden.
• Schließlich kann die erfindungsgemäße Kühl- und Schutzvorrichtung für jeglichen Kemreaktor verwendet werden, der einen Behälter aufweist, der den Kemreaktor umschließt, der in einer Behälterwanne oder einem Behälterschacht angeordnet ist, dessen Boden durch einen Abschnitt der Struktur des Kernreaktors, wie beispielsweise einer Sohle, gebildet wird.

Claims (9)

1. Schutz- und Kühlvorrichtung für die Betonstruktur (5) eines Kernreaktors, dessen Kern (4) infolge eines Unfalls in eine Kernschmelze eingetreten ist, wobei der Reaktor einen allgemein zylinderförmigen Behälter (3) aufweist, der den Reaktorkern (4) einschließt und mit seiner senkrechten Achse in einer Behälterwanne (2) angeordnet ist, mit einem unteren Boden, auf dem die Kühl- und Schutzvorrichtung (11) ruht, die aus einem Teil (5) der Reaktorstruktur besteht, die einen Teil der Sohle aufweist, die senkrecht unterhalb des Behälters (3) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer Metallplatte (11) besteht, die aus Blöcken (30a, 30b, 31a, 31b, . .., 31n) , die aneinander angrenzend und miteinander verschweißt sind und den Boden der Behälterwanne abdecken besteht, in dem die Kanäle angeordnet sind, zur Kühlung (20) durch Zirkulation eines Fluids, wobei die Blöcke aus bearbeiteten Teilen bestehen, mit aneinanderstoßenden Seiten der Blöcke (30a, 30b, 31a, ..., 31n) , und die mit Mitteln zum Speisen und Abführen des Kühlfluids (12, 13, 14, 15) versehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderstoßenden Seiten der Blöcke (30a, 30b, 31a, ... 31n) die senkrechten Seitenwände sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (11) zwei Endblöcke (30a, 30b) an ihren Längsenden aufweist und Zwischenblöcke (31a, 31n) zwischen den Endblöcken (30a, 30b), wobei die Endblöcke (30a, 30b) obere Bereiche (48) aufweisen, die bezüglich der oberen Oberfläche der Zwischenblöcke (31a, 31n) vorstehen und einen Behälter bilden, der dazu bestimmt ist, den schmelzenden Kern des Reaktors aufzunehmen, während sich der Kern auf die Platte (11) ergießt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (11) eine Metallblechstruktur aufweist, die mit ihrer oberen horizontalen Oberfläche mit einem bestimmten Abstand auf der Platte ruht und dazu bestimmt ist die kinetische Energie des schmelzenden Reaktorkerns zu absorbieren, während dieser sich auf die Platte (11) ergießt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehenden Teile (43) der Endblöcke (30a, 30b) der Platte (11) Innenseiten aufweisen, die mit einer Schicht aus feuerfestem Material (35) besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Speisung und Abführung des Kühlfluids der Platte (11) Sammler (24, 25, 36, 37) aufweisen, die mit den Endbereichen der Kühlkanäle (20) verbunden sind, wobei die Speise- und Abführkanäle des Kühlfluids (21a, 21b, 22a, 22b, 36a, 37a) und ein Kühlmittelkreis mindestens einen Wärmetauscher (14) aufweisen und Leitungen (12, 13) die an den Speisekanälen der Sammler zur Speisung und Abführung des Kühlfluids der Platte angeschlossen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf mindestens teilweise außerhalb eines Sicherheitsbehälters (1) angeordnet ist, der einen Teil des Reaktoraufbaus darstellt, in dem der den Kern (4) einschließende Behälter (3) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf mindestens einen Wärmetauscher (14), sowie mindestens ein Druckausgleich- und Kondensationsreservoir (16) und eine Zirkulationspumpe (17) außerhalb des Sicherheitsbehälters (1) an der Kanalisation (12, 13) des Kühlkreislaufes aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlagventil (38) im Endbereich eines jeden Kühlkanals angeordnet ist, der an eine Kühlfluidspeisung (36) angeschlossen ist.