DE1054604B

DE1054604B - Kernreaktor

Info

Publication number: DE1054604B
Application number: DEG23021A
Authority: DE
Inventors: Ian Alexander Butler Gaunt; Keith James Mitchell
Original assignee: General Electric Company PLC
Current assignee: General Electric Company PLC
Priority date: 1956-09-27
Filing date: 1957-09-26
Publication date: 1959-04-09
Also published as: NL102745C; US2998370A; GB837608A; FR1189218A; NL220915A; BE561181A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Kernreaktoren, insbesondere solche, deren Kern aus Moderator- oder Bremsstoffeinheiten, die die Bauelemente des eigentlichen Reaktoraufbaues des Moderatorblockes darstellen, gebildet wird und auf einem Lagerbock oder Fundamentrahmen ruht. DieNotwendigkei t zur Verwendung eines Lagerbockes oder Fundamentrahmens der hier betrachteten Bauart kann sich aus verschiedenen Gründen ergeben, besonders aber dann, wenn der Reaktorkern innerhalb eines im allgemeinen kugelförmigen oder teilweise kugelförmigen, umschließenden Behälters gelagert werden soll, ohne daß eine unzulässige Beanspruchung des Behälters auftritt.

Damit der Lagerbock oder Fundamentrahmen in angemessener Weise das Gewicht des Reaktorkernes zusammen mit irgendeiner zusätzlichen Last, wie etwa des Gewichtes der darin enthaltenen Brennstoffelemente, tragen kann, ist es im allgemeinen erforderlich, den Fundamentrahmen aus einem anderen Material als den Kern herzustellen.

So kann Bremsstoff aus graphitischem Kohlenstoff verwendet werden, und der Lagerbock oder Fundamentrahmen kann aus Stahl hergestellt werden. Da Stahl einen beträchtlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als etwa der als Bremsstoff verwendete Graphit, kann beim Betrieb des Atomreaktors eine Trennung des Moderators vom Fundamentrabmen eintreten, wobei die Möglichkeit einer schwerwiegenden Verziehung oder Verzerrung des Moderatoraufbaues besteht, da ein einziger solcher Moderatorlilock aus mehreren tausend Bremsstoffeinheiten zusammengesetzt sein kann. Falls andererseits die Moderatorelemente starr miteinander verbunden sind, z. B. durch Umfangseinspannungen in der sogenannten Gurtbauart, müssen die untersten Einspannungen den Reibungskräften \viderstehen, die durch das Gleiten des Kohlenstoffes auf dem Stahl hervorgerufen werden. Diese Kräfte können besonders in der trockenen Atmosphäre eines gasgekühlten Reaktors beträchtlich sein. Man kann möglicherweise Rollen- oder Kugellager zwischen Bremsstoff und dem Lagerbock oder Fundamentrahmen anordnen, so- daß die gleitende Reibung in rollende Reibung umgewandelt wird. Dies bringt jedoch wirtschaftliche und mechanische Nachteile mit sich. Bei einem Kern mit im wesentlichen senkrechten Rohren oder Kanälen, durch deren Basis Brennstoffelemente eingesetzt oder herausgenommen werden sollen, erforderlichenfalls während des Betriebes des Reaktors, kann die Anwendung einer solchen

Lösung besonders unzweckmäßig sein.

Aufgabe der Erfindung ist die
Reaktors, in dem solche Nachteile
beseitigt sind.

Dazu sind in einem Reaktor, der Bremsstoffeinheiten

Schaffung

im

eines wesentlichen Anmelder:

The General Electric Company Limited,
London

Vertreter:
Dipl.-Ing. W. Schmitzdorff,
Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau, Lauterstr. 37,
und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,
Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 27. September 1956

lan Alexander Butler Gaunt und Keith James Mitchell, Erith₁ Kent (Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

aufweist, aus denen der Moderatorauf bau, der auf einem Lagerbock oder Fundamentrahmen ruht, zusammengesetzt ist, und bei dem dieser Fundamentrahmen einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Moderatorsubstanz hat, die Moderatorhauelemente erfindungsgemäß in senkrechten Säulen angeordnet, die an ihrem oberen Ende fest zusammengehalten werden, sich aber am unteren Ende mit der thermischen Ausdehnung des Lagerboekes oder Fundämentrahmens radial des Reaktoraufbaues nach außen bewegen können.

Auf diese Weise bilden die oberen Enden der Säulen eine Kappe für den ganzen Aufbau, während ihre unteren Enden einzeln an dem Lagerbock oder Fundamentrahmen in regelmäßigen Abständen voneinander anstoßen, so> daß sie während des periodischen Wärmekreislaufes des Reaktors »atmen« oder sich gleichmäßig aufeinander zu oder voneinander weg bewegen können. Die Bewegungsamplitude der Säulen ist am Fundament am größten und nimmt in im wesentlichen

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linearer Weise zum Oberteil — zur »Kappe« — des Moderatorblockes hin ab.

Die Einheiten aus Moderatormaterial, die eine einzelne Säule bilden, können durch Vorsprünge und angepaßte Aussparungen oder Nuten miteinander verbunden werden, die in die Stirnflächen der Einheiten maschinell eingearbeitet sind. Eine solche Anordnung gewährleistet Biegsamkeit, da die Anzahl der Einheiten im allgemeinen groß genug ist, um eine entsprechend große Anzahl von Verbindungs- oder Stoßstellen in jeder Säule herzustellen. Die oberen Enden der Säulen können dann durch sogenannte Gurteinspannungen fest zusammengehalten werden, die den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Bremsstoff haben, während das untere Emde jeder Säule an dem Lagerbock oder Fundamentrahmen durch Drucklager oder Zentrieransätze od. dgl. angebracht ist.

Obgleich es erforderlich ist, eine gewisse Einspannungsform für die Schichten des Moderatoraufbaues unterhalb der oberen Kappe zu verwenden, damit der Hauptteil eine stabile Konstruktion erhält, können Einspannungen der Gurtbauweise oder irgendeines anderen Prinzips, durch die die Einheiten fest zusammengehalten werden sollen, nicht verwendet werden, da in Richtung des unteren Teiles des Moderatoraufbaues eine Einschnürung dadurch entstehen würde, daß sich nur die unterste Schicht oder die unteren Schichten der Einheiten mit dem Lagerbock oder Fundamentrahmen während der thermischen Ausgleichsbewegungen in ihrer Lage verändern können. DieAusgleichsbewegung würde somit nicht längs einer Moderatorsäule im wesentlichen linear sein, da die unteren Einheiten des Moderatoraufbaues übermäßig belastet sein würden, und die Kanäle, die für die Beschickung oder Entfernung von Brennstoffelementen vorgesehen sind, würden zu stark verzogen werden, um ihre Aufgabe in angemessener Weise zu erfüllen. Erfindungsgemäß wird daher eine solche Einspannung durch Bauelemente geschaffen, die an im wesentlichen senkrechten Stangen oder U-Profilteilen angebracht sind, wobei ein Ende jeder Stange oder jedes U-Profilteiles schwenkbar an dem Lagerbock oder Fundamentrahmen oder an einer Tragkonstruktion derart angeordnet ist, daß sie sich mit diesen ausdehnen kann, und am anderen Ende ist die Stange oder das Profilteil am oberen Teil des Moderatoraufbaues fixiert. Wenn sich die Moderatorstruktur unter dem Einfluß der Temperatur ausdehnt, drehen sich die Stangen oder U-Profilteile um ihre Anbringung an dem Fundamentrahmen oder an der Tragkonstruktion infolge unterschiedlicher Ausdehnung zwischen dieser und dem Bremsstoff.

Die vorerwähnten Bauelemente können an den Stangen oder U-Profilteilen durch Schenkel oder Streben angebracht sein, die so eingestellt werden können, daß sie nur eine geringe Feststell- oder Führungskraft auf die einzelnen Moderatorblöcke und damit auf die gesamte Moderatorstruktur ausüben. Diese Streben können an beiden Enden schwenkbar gelagert sein, so daß sich die Stangen oder U-Profilteile senkrecht in stärkerem Maße ausdehnen können als der Bremsstoff.

Ein Vorteil der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Kernes selbst, da der obere Teil eines Moideratoraufbaues normalerweise bei höherer Temperatur arbeitet als der untere Teil, in beträchtlichem Ausmaß die Gesamtausdehnung des unteren Teiles infolge des Aufweitens der Säulen auszugleichen sucht. Somit kann der Kern während des Betriebes weniger ver-

zogen werden, als wenn er durchgehend eng zusammengespannt und beispielsweise auf Kugel- oder Rollenlagern gelagert wäre.

Ein Kernreaktor nach der Erfindung wird nun als Beispiel an Hand der Zeichnung beschrieben. Die Figur en zeigen Teile des· Reaktorkernes, der innerhalb eines Druckbehälters derart gelagert ist, daß ein Kühlgas-, z. B. unter Druck stehendes Kohlendioxyd, durch Durchgänge oder Bohrungen in dem Reaktorkern verlaufen kann, wobei den darin gelagerten Brennstoffelementen Wärme entzogen und danach von dem oberen Teil des Kernes in Wärmeaustauscher geschickt wird, wo- die von dem Gas abgegebene Wärme zur Dampferzeugung zwecks Verwendung in einer Turbogeneratoranlage benutzt wird. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht des Reaktorkernes,

Fig. 2 eine abgebrochen gezeichnete Draufsicht des Kernes,

Fig. 3 eine Ansicht nach der LinieIII-III der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IA^r-IV der Fig.l,

Fig. 5 eine Schnittansicht nach der Linie V-V der Fig. 1,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig.3,

Fig. 7 eine Einzelansicht der Art und Weise, in der die Moderatorsäulen in dem Lagerbock oder dem Fundamentrahmen nach Art eines Drucklagers oder Zentrierzapfens gelagert sind, und

Fig. 8 eine Einzelansicht der Gasdichtung zwischen dem Umfang der Moderatorkonstruktion und dem Lagerbock oder Fundamentrahmen.

Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 enthält der Reaktorkern Einheiten aus Graphitbremsstoff in Form von Ziegelformstücken wie 1 oder Kachelformstücken wie 2, die in einem Moderatoraufbau 3 zusammengefaßt sind. Der Aufbau hat die Form eines 28seitigen Polyeders im Querschnitt und hat im wesentlichen senkrechte Seiten. Es besteht aus dem in der Mitte des Polyeders 3 angeordneten eigentlichen Moderator und einer Reihe von Einheiten, die den Moderator umgeben und einen Neutronenreflektor bilden. Die Grenze zwischen Moderator und Reflektor ist durch die starke Teillinie 4 in Fig. 2 dargestellt; Reflektorschichten sind auch an der oberen und unteren Seite des Moderators vorgesehen.

Wie man aus Fig. 1 erkennt, sind die äußeren Säulen der Moderatoreinheiten entsprechend dem Reflektor aus Ziegelformstüeken 1 zusammengesetzt, die nur bei der innersten Reflektorsäule durch Kachelformstücke 2 getrennt sind. Die innersten Reflektorsäulen sind aus Ziegelformstücken gebildet, die durch eine einzige Lage Kachelformstücke getrennt sind, welche die doppelte Dicke der Moderator-Kachelformstücke 2 haben.

Der eigentliche Moderatoraufbau, besteht aus Ziegelformstücken 1, die durch zwei Lagen Fliesen- oder Kachelformstücke 2 getrennt sind. Der Grund für diese Konstruktion liegt in dem »Wachsen« des Graphitmoderators unter Bestrahlung, der sogenannten Wignerschen Wachstumserscheinung. Um ein solches Wachsen zu berücksichtigen, sind die Ziegelformstücke 1 in einer bestimmten Schicht des Moderatoraufbaues voneinander getrennt; nur die· Kachelformstücke 2 laufen in seitlicher Richtung fort. Die Wignersche Wachstumserscheinung ist rechtwinklig zur größten kristallographiscban Achse des Graphitkernes beträchtlich größer als parallel dazu. Diese Tatsache wird in bekannter Weise ausgenutzt, indem diese eine

Kaehelformstücklage seitlich entsprechend der Kornrichtung der Kachelformstücke angrenzt, während die andere Kachelformstücklage rechtwinklig zu der ersten Lage angrenzt. Die gesamte kristallographisehe Achsenrichtunig der Graphitkörner selbst ist senkrecht in den Ziegelformstücken orientiert.

Die Ziegel- und Kachelformstücke in einer bestimmten Säule werden miteinander durch Vorsprünge und eingepaßte Aussparungen und Nuten in Übereinstimmung gehalten, die in maschineller Weise in ihren Stirnflächen ausgebildet sind. Es sei nur noch erwähnt, daß jede Stoßfläche im wesentlichen quadratischen Querschnitt hat, wobei vorstehende Vor sprünge an zwei gegenüberliegenden Kanten und angepaßte Nuten an den übrigen beiden Kanten vorgesehen sind. Eine Mittelöffnung ist durch jeden Formkörper gebohrt, und solche öffnungen bilden zusammen eine fortlaufende Bohrung oder Kanal in Abwärtsrichtung durch den Moderator. Diese Bohrungen oder Kanäle, die nicht dargestellt sind, sind für Brennstoffelemente oder neutronenabsorbierende Elemente und den nach oben gerichteten Durchfluß von Kühldruckgas vorgesehen, das den darin enthaltenen Elementen Wärme entzieht. Zusätzliche Bohrungen oder Kanäle, die von oben her durch den Moderator verlaufen, sind auch für Regulier- oder Kontrollstäbe vorgesehen. Die allgemeine Reaktorstruktur, die im wesentlichen in der üblichen Weise ausgebildet ist, umfaßt somit eine Reihe von Moderatorsäulen, die aus miteinander verbundenen Einheiten bestehen, wobei die Anzahl der Einheiten ausreichend groß ist, um einen gewissen Grad an Biegsamkeit der Säule zu gewährleisten. Diese Säulen sind parallel zueinander verlaufend angeordnet und berühren sich mit den Kachelformstücken 2.

Die oben beschriebene Anordnung kann an verschiedenen Teilen geringfügig abgeändert werden. Beispielsweise werden die oberen beiden Paare Kachelformstücklagen so bearbeitet, daß sie zugleich in beiden rechtwinkligen Richtungen aneinandergrenzen, wobei ihr Korn senkrechte Richtung hat. Der Vorteil dieser Anordnung wird unten näher erläutert; die Wignerscbe Wachstumserscheinung ist in diesem oberen Bereich des Moderators kleiner, da die Temperatur höher ist und der Graphit nur eine geringere Umwandlungsenergie speichern kann. Die obere Lage der Reflektor-Ziegelformstücke ist SO' bearbeitet, daß sie zusammenhängend ist und eine im wesentlichen starre Kappe für den ganzen Reaktorblock gemäß der Erfindung bildet. Die äußerste Reihe von Ziegelformstücken in dieser Lage ist weggelassen, um den Reaktormantel oder Druckbehälter 5 ausreichend deutlich darzustellen. Senkrechte Bohrungen oder Kanäle sind wiederum in dem Seitenreflektor nicht eingezeichnet. Nicht alle Reflektoreinheiten haben im wesentlichen quadratischen Querschnitt, da es erforderlich ist, von der quadratischen Blockstruktur des Moderators auf die 28flächige äußere Form des Gesamtaufbaues zu gelangen; ferner sind nur die Ziegelformstücke mit qradratischem Querschnitt miteinander verkeilt. Andere Reflektor-Ziegelformstücke sind lediglich mit ihren Enden aneinandergelegt; es besteht hier keine Möglichkeit zur Ausbildung der Wignerschen Wachstumserscheinung, da das Flußniveau der Bestrahlung klein ist und es außerdem erwünscht ist, die Graphitdichte in dem Reflektor so hoch wie möglich zu halten. Thermoelementkabel sind in die untere Lage jedes Paares der Kachelformstücklagen gelegt und so- angeordnet, daß jeweils vier Thermoelemente in jeder Schicht sich in

einem anderen Quadranten, bezogen auf die Elemente in der darunter befindlichen Schicht, befinden, so daß also* die Elemente in aufeinanderfolgenden Schichten einer Graphitsäule um 90° voneinander entfernt sind, so daß sie sich von den unteren Lagen spiralförmig nach oben verteilen. Diese Einrichtung und viele andere Ausrüstungsvorriehtungen, wie Anordnungen für die Ermittlung geborstener Brennstoffelemente, Elementbeschickungs- und Entfernungsgeräte sowie Reaktorbedienuingseinrichtungen einschließlich der EinstelⁱIvorricbtungen für die Regulierstäbe, sind in der Praxis mit dem Moderator verbunden, jedoch hier nicht beschrieben oder dargestellt, da sie mit der Erfindung nichts zu tun haben.

Der gesamte Kern des Reaktors, der aus dem Moderator mit den Brennstoffelementen und anderen darin enthaltenen Einrichtungen besteht, ruht auf einem Lagerbock in Form eines FundamentgestelliS oder -rahmens. Dieser Fundamentrahmen besteht aus einer Anzahl Tragplatten 6, die auf einem Gitter 7 liegen. Die Tragplatten 6 bieten eine Auflage für die untere (Reflektor-) Lage des Reaktoraufbaues. Die Erfindung sieht vor, daß jedes Reflektor-Ziegelformstück 8 (Fig. 7) dieser unteren Lage, das das untere Ende einer sich bis zur Oberseite des Gesamtaufbaues erstreckenden Säule bildet, individuell an einer Tragplatte 6 angeordnet ist. Diese Fixierung wird sowohl durch das Gewicht der Säule als auch durch ein Drucklager oder einen Zentrierzapfen 9 bewirkt, in dem darSitellungsgemäß auch ein Rohr 10 befestigt sein kann, um Brennstoffelemente einzusetzen und zu entfernen. Die Zapfen 9 sitzen locker in Löchern der Tragplatten 6 und sind in genauem Abstand voneinander mittels dazwischenliegender Abstandstücke angeordnet, so. daß ein regelmäßiges Muster gebildet wird, in dem die Reflektor-Ziegelformstücke 8 in regelmäßigen Abständen mittels einer Einsenkung in den unteren Enden der senkrechten Bohrungen oder Kanäle in den Ziegelformstücken sitzen. Bei einer anderen Anordnung ist in dem Bereich der unteren Lage des Seitenreflektors, wo keime Bohrungen oder Kanäle in den Ziegelformstücken vorhanden sind, in einem Ende des Ziegelformstückes lediglich eine Einsenkung ausreichender Tiefe vorgesehen, um das Ende des Zapfens 9 aufzunehmen. Die äußerste Lage dieser Ziegelformstücke liegt waagerecht, um das Gewicht der zur Ausfüllung benutzten Ziegelformstücke mit nicht quadratischem Querschnitt aufzunehmen. Während in diesem letztgenannten Bereich jedes Wignersche Wachstum so gering ist, daß es durch das kleine Spiel zwischen den Zapfen 9 und den Ziegelformstücken aufgenommen werden kann, ist es empfehlenswert, daß der Rest der unteren Reflektor-Ziegelformstücke mit kleinen Lücken im »kalten« oder unbetätigten Reaktor angeordnet ist; auf diese Weise ist Vorkehrung für jedes zukünftige Wachsen unter dem Einfluß der Strahlung getroffen.

Wenn sich der Reaktor während des Betriebes erwärmt, dehnt sich der aus den Tragplatten 6 zusammengesetzte Fundamentrahmen aus. Die Tragplatten 6 sind aus Stahl hergestellt, der einen beträchtlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Graphitmaterial hat. Die Erfindung ermöglicht, daß sich die Basis des Reaktoraufbaues bei Temperaturerhöhung radial nach außen in demselben Maße wie der Fundamentrahmen ausdehnt. Dies wird durch die Zapfenlagerung des Graphits unmittelbar in den Tragplatten 6 bewirkt, und infolgedessen erweitert sich der Reaktor block an der Basis. Die oberen Enden der Säulen werden fest zusammengehalten, SO' daß sie eine Kappe

für den Brenner bilden. Die folgende Beschreibung umreißt die Bauart der für diesen Zweck verwendeten Einspannung sowie auch die benutzte Einspannanordnung, die gewährleistet, daß sich die Bewegung der Säulen aufeinander zu und voneinander weg während der thermischen Veränderung des Gefüges im wesentlichen linear von einem Maximum an der Basis des Brenners zu einem Minimum an der Kappe ändert. Damit dies der Fall ist, muß sich die Einspannanordnung an der Basis in demselben Maße wie der Stahl und an dem oberen Teil in demselben Maße wie der Graphit bewegen.

Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 1 und 3 werden die oberen beiden Lagen des Brenners als starre Kappe mittels vier gürtel artiger Spannorgane 11 zusammengehalten. Diese Einspannoirgane haben denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Graphit und können in bekannter Weise aus einer Anzahl von miteinander gelenkig oder scharnierartig verbundenen Elementen gebildet sein, und jedes Einspannorgan besteht aus einer Anzahl konzentrischer Rohre; Flußeisenrohre und Rohre aus nichtrostendem Stahl wechseln sich ab in den einzelnen Einspannorganen. Die Ecken„4 der oberen Schicht sind von zwei Sätzen Eckeinspannelementen 13 umschlossen, wie in Fig. 1, 2 und 6 dargestellt ist, und diese Einspannungen werden an ihrem Platz von zwei gurtartigen Einspannorganen 11 festgehalten. Fig. 6 zeigt, wie jedes Element einer Einspannung 11 an seine Nachbarelemente mit den Gelenken 12 an den Eckeinspannelementen 13 angelenkt ist.

Falls ein angelenktes Element eines Einspannorgans 11 versagen sollte, könnten die Einheiten der oberen Kappe gelockert und die Bremsstoffsäulen versetzt werden. Um sich gegen diese Möglichkeit zu schützen, ist ein weiteres gurtartiges Einspannorgan 14 vorgesehen. Dieses ist auf einen größeren Radius als das ausgeglichene Einspannorgan 11 eingestellt und durch ein paralleles Verbindungsgestänge mit diesem verbunden. Während des Aufbaues des Realrtors werden die Bremsstofteinheiten zu allererst durch spannungsfreie Einspannorgane 11 gehaltert, bis der Oberteil des Aufbaues geeignet angeordnet ist; dann erst werden die anderen EinspannorganeMdurchversChraubte Verbindungsglieder 15 nach unten gespannt. Während des Betriebes des Reaktors dehnen sich die nicht ausgeglichenen Einspannorgane 14 infolge Wärmewirkung in größerem Maße aus als die ausgeglichenen Einspannorgane 11. Sie lockern sich daher, und die gesamte Spannung wird von den ausgeglichenen gürtelartigen Einspannorganen 11 aufgenommen. Wenn eines der letztgenannten Organe versagt, gibt die Konstruktion geringfügig in einem Ausmaße nach, das von dem Grad der anfänglichen Spannung in den nicht ausgeglichenen Einspannorganen 14 bestimmt wird, die dann die Kappe der Konstruktion zusammenhalten.

Geringfügig abgeänderte Eckeinspannorgane 16 werden in Verbindung mit der zweiten Lage Ziegelformstücke von dem oberen Teil des Brenners aus verwendet. Fig. 4 und 5 zeigen Einzelheiten der abgeänderten Eckeinspannelemente, die mit radialen Verlängerungen 17 ausgestattet sind, an denen abgerundete Endteile 18 befestigt sind. Jeder Endteil 18 ist zwischen Auffangvorrichtungen oder Pufrern 19 angeordnet, die einstellbar mittels Konsolen 20, 21 an dem Realrtormantel 5 angebracht sind. Die Verlängerungen 17 bilden Dreheinspannorgane, die den oberen Teil des Brenners an einer Verdrehung oder Verzerrung hindern.

Gemäß Fig. 5 sind im wesentlichen senkrechte Stangen oder U-Profil-Stahlteile 22 über Schenkel oder Streben 23 an den Elementen 16 angebracht, welche die Eckeiinspannungen bilden. Jede Strebe 23 ist an ihren Enden, wie bei 24 gezeigt ist, schwenkbar gelagert. Die Anbringung sowohl am U-Eisen 22 als auch an dem Eckeinspannelement 16 ist somit auch schwenkbar und läßt infolge der Form der Lagerzapfen kleine Verdrehungen zu. Die senkrechten U-Profilteile 22 werden mittels angeschraubter Verstrebungen 25 paarweise starr verbunden (vgl. Fig. 1 und 3). Die U-Profilteile 22 und die Verstrebungen 25 bestehen aus Stahl und dehnen sich infolgedessen in größerem Maße aus als die Eckeinspannelemente 16, die sich mit der Graphitbremskonstruktion ausdehnen. Die schwenkbare Anordnung 24 ist mit solcher Bewegungsfreiheit ausgebildet, daß sie sich dieser unterschiedlichen Ausdehnung anpaßt. Wie man aus Fig. 1 erkennt, ist auch jede Strebe 23 unterhalb der oberen Lage, welche die Lage des oberen der Paare U-Profilteile 22 bestimmt, ebenfalls in Längsrichtung einstellbar. Eine solche Längseinstellung kann mittels Schrauben 26 und Gegenstoßklemmnansehen27 vorgenommen werden. Diese Streben arbeiten mit Eckeinspannelementen 13 zusammen, die in gleicher Weise wie die am oberen Teil des Moderatoraufbaues vorhandenen Elemente ausgebildet und so angeordnet sind, daß sie die Ecken des Moderatoraufbaues an den Verbindungsstellen angrenzender Schichten umschließen.

Die U-Profilpaare 22 (Fig. 1 und 3) sind an ihren unteren Enden 28 schwenkbar an der Basis 29 angebracht. Diese Tragkonstruktion 29 bildet eine Verlängerung des Gitters 7 in Form einer ringförmigen Platte, an die der Mantel 5 geschweißt ist; der innere Rand des Ringes wird durch einen senkrechten Vorsprung 30 gebildet, gegen den der von der Tragplatte 6 gebildete Fundamentrahmen mittels Einstellschrauben (nicht dargestellt) stößt. Die Sockeltragkonstruktion 29, die auch aus Stahl besteht, ist so ausgebildet, daß sie sich mit dem Fundamentrahmen ausdehnt, wenn die Temperatur des Reaktorgefüges ansteigt.

Die Wirkung eines Temperaturanstiegs auf die U-Profilteile 22 besteht darin, daß sich diese an ihrem unteren Ende 28 infolge der unterschiedlichen Ausdehnung zwischen den Stahltragplatten 6 zusammen mit der Tragkonstruktion 29 und dem GraphitbremsstO'ff der Brennerkappe drehen. Die unteren, verstellbaren Streben 23 werden anfänglich so eingestellt, daß sie eine geringe Einstellkraft auf den Brenner durch die Eckeinspannelemente 13 ausüben, und ihre schwenkbare Anbringung ermöglicht, daß sich die U-Profilteile 22 in größerem Maße als der Graphit ausdehnen, während die Eekeinspannorgane in ihrer Lage gehalten werden.

Das System der U-Profilteile 22, Streben 23 und Eckeinspannorgane 13 oder 16 bildet daher eine EinSpannung, die ermöglicht, daß die einzelnen Säulen der Graphiteinheiten sich gleichmäßig aufeinander zu oder voneinander weg während der thennischen Änderungen des Systems bewegen.

Wie vorher erwähnt wurde, bestehen die oberen beiden Paare Kachelformstücklagen aus Kacheln, deren Graphitkorn in geeigneter Weise kristallographisch orientiert ist. Dies hat zur Folge, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der unteren Kachelformstücklage gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der oberen (Reflektor-) Lage der Ziegelformstücke ist, da die thermische Ausdehnung von Graphit sich mit der Orientierung ändert und der obere Reflektor in diesem Beispiel aus dem gleichen Material

Claims

wie die Kachelfarmstücke bestehen. Somit dehnt sich das Oberteil des Reaktorgefüges unter dem Einfluß der Gürtaleinspanmorgane 11 radial angenähert als Ganzes aus, wobei die Temperaturdifferenz durch diese beiden Schichten Ziegel- und Kachelformstücke nur in der Größenordnung von 10° C liegt. Der als obere Kappe bezeichnete Oberteil wiird außerdem daran gehindert, sich zu drehen oder durch die Verlängerungsstücke 17 die Eckeinspannorgane 16 seitlich zu bewegen. Zur Vervollständigung wird bemerkt, daß geeignete Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden müssen, um zu gewährleisten, daß das Gas, das in die Basis des Reaktorkernes eintritt, durch die Bohrungen des Kernes verläuft. Zu diesem Zweck ist eine Gasdichtung rings um den Umfang der Basis des Reaktors vorgesehen. Fig. 8 zeigt, wie die Gasdichtung zwischen einem waagerechten Reflektor-Ziegelformstück 31 und der Tragplatte 6 angeordnet ist. Eine Platte 32 ist an dem Rand 30 (vgl. auch Fig. 1) angeschweißt und ruht auf der Tragplatte 6. Die Abdichtung wird zwischen der Platte 32 und dem Ziegelformstück 31 vorgenommen, und zwar durch Einsetzen eines fortlaufenden U-förmigen nichtrostenden Stahlstückes 33, das von einer verschraubten Sehiene34 an der Platte32 festgehalten wird. Durch die Verschraubung werden die S chiene 34, die Platte 32 und die Platte 6 zusammen verbunden. Das U-förmige Stück 33 ist so angeordnet, daß es der Gasdruck gegen das Ziegelformstück 31 drückt und dabei zu öffnen sucht, so daß auf diese Weise die Dichtung wirksam wird. Eine zusätzliche Gasdichtung ist erforderlich, um ein Diffunidieren von Gas nach oben zwischen die Graphitsäulen während des »Atmens« zu verhindern, wenn die Säulen gerade größere Zwischenräume aufweisen. Diese Dichtung kann die Form einer dünnen Folie aus Flußeisen erhalten, die auf die Tragplatten 6 gelegt ist, so- daß sie eine obere Haut für den Fundamentrahmen bildet; sie kann aber auch in Form einer Anzahl verhältnismäßig dünner Folien ausgebildet sein, die so angeordnet sind, daß sie die Spalte zwischen benachbarten Platten überdecken. Ein Reaktor der in dem obigen Beispiel beschriebenen Art kann so konstruiert werden, daß er bei einer Temperatur von angenähert 200° C an der Basis und bei 400° C am oberen Teil des Brenners arbeitet. Die sich dabei ergebende unterschiedliche Ausdehnung des Reaktorkernes hat die Wirkung, daß der Ausdehnungsuntersehied des oberen und unteren Teiles des Reaktoraufbaues dadurch vermindert wird, daß sich der untere Teil des Reaktors mit dem Stahlfundamentrahmen bewegt. Während die Ausdehnung dieses Rahmens 21/2mal so groß wie die Ausdehnung von Graphit sein kann, ist die Ausdehnung des Stahlrahmens in radialer Richtung in einer Konstruktion auf 17,3 mm geschätzt worden, während die radiale Ausdehnung des Graphits an dem oberen Ende des Brenners 14,7 mm beträgt. DerGraphit am oberen Ende dehnt sich somit nahezu so schnell wie der Stahl am unteren Ende aus, und die gesamte Konstruktion bleibt während des Betriebes im wesentlichen unverzerrt. Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einem aus einzelnen Blöcken zusammengesetzten Moderatoraufbau, der auf einem Fundamentrahmen ruht, der einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Moderatorsubstanz hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Moderatorbauelemente in senkrechten Säulen angeordnet sind, die an ihrem oberen Ende fest zusammengehalten werden, sich aber unten mit der thermischen Ausdehnung des Fundamentrahmens des Reaktoraufbaues radial nach außen bewegen können.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine einzelne Säule bildenden Bauelemente oder Einheiten miteinander durch Vorsprünge und angepaßte Nuten verbunden sind und gehalten werden, die in die Endflächen der Einheiten maschinell eingearbeitet sind.

3. Kernreaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Enden der Säulen durch gurtartige Einspannorgane starr miteinander verbunden sind, die denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Bremsstoff haben, währen das untere Ende jeder Säule an dem Fundamentrahmen durch Drucklager, Zentriarzapfen od. dgl. angreift.

4. Kernreaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannung für Lagen von Einheiten unterhalb des oberen Teiles des Reaktoraufbaues durch Bauelemente gebildet ist, die an im wesentlichen senkrechten Stangen oder U-Profilteilen angebracht sind, wobei jede Stange oder jedes U-Profilteil mit einem Ende schwenkbar an dem Fundamentrahmen oder an einer Tragkonstruktion und mit dem anderen Ende an dem oberen Teil des Reaktoraufbaues angebracht ist.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente an den Stangen oder U-Profilteilen mittels Schenkeln oder Streben angebracht sind, die so eingestellt sind, daß sie vor Inbetriebnahme und Erwärmung des Reaktors nur eine geringe Führungs- oder Einstellkraft auf den ganzen Aufbau durch die vorgenannten Elemente ausüben.

6. Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben an beiden Enden schwenkbar gelagert sind, so daß sich die Stangen oder U-Profilteile in größerem Maße ausdehnen können als der Bremsstoff.

7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen oder U-Profilteile miteinander paarweise verbunden und die Streben derart schwenkbar gelagert sind, daß sie eine unterschiedliche Ausdehnung zwischen den Paaren von Staingen oder U-Profilteilen und den Elementen, an denen sie angebracht sind, ermöglichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

® 809· 789/411 3.59