DE1083945B - Kernreaktorschirm - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schirm zwischen einem Kernreaktor und einer Wärmeaustauschergruppe, die in einem gemeinsamen Druckkessel enthalten sind.

Bei einer Kernreaktor-Dampferzeugungsanlage, bei welcher der Reaktor und Wärmeaustauscher für die Dampferzeugung zusammen in einem gemeinsamen Druckkessel vorhanden oder eingebaut sind, muß ein Schirm zwischen dem Reaktor und den Wärmeaustauschern angebracht werden, welcher zwei Hauptfunktionen hat, nämlich

a) die Aktivierung der Wärmeaustauscher durch Neutronen aus dem Reaktor zu verhindern und

b) als ein Gamma- und Neutronenschirm im Betriebszustand des Reaktors zu wirken, so daß Personen im Wirkungsbereich bzw. in der Nachbarschaft des Reaktors arbeiten können, und außerdem als ein Gammaschirm bei abgeschaltetem Reaktor, so daß die Wärmeaustauscher für das Bedienungspersonal zugänglich sind.

Während der Schirm einerseits seine Abschirmwirkung haben muß, muß er andererseits das Durchströmen des Kühlmittels ohne wesentlichen Druckabfall vom Reaktor nach den Wärmeaustauschern zulassen. Die Anordnung eines Satzes oder einer Gruppe von geraden Kanälen durch den Schirm würde die Abschirmung unwirksam machen, und zwar infolge der Neutronen, welche sich entlang diesen Kanälen bewegen. Bei einer Serie oder Reihe von gebogenen oder abgebogenen Kanälen wird zwar der Neutronenfluß blockiert bzw. hintangehalten, der Schirm aber sehr dick, wenn noch ein ausreichender Schutz gewährleistet werden soll, wodurch die Kanäle lang werden, und einen erheblichen Druckabfall zur Folge haben.

Diese Nachteile werden bei dem Schirm der eingangs genannten Art dadurch vermieden, daß er erfindungsgemäß ein massives Mittelstück aufweist, welches mindestens genügend groß ist, um denjenigen Teil des Moderatoraufbaus des Reaktors zu schirmen, der die Brennstoffelemente enthält, und von einem äußeren Abschirmungsring so umgeben ist, daß teilringförmige Strömungswege zwischen dem Innenstück und dem Außenring der Abschirmung entstehen, und daß die teilringförmigen Strömungswege durch einen weiteren Abschirmungsring an der Wärmeaustauscherseite des Schirmes eine Umleitung erfahren.

Eine praktische Ausführungsart der Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Längs-Teilschnitt, während

Fig. 2 einen Teilquerschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 wiedergibt.

Aus der Zeichnung ist ein doppelwandiger Druck-

Anmelder:

United Kingdom

Atomic Energy Authority,

London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 5. Juli 1957

Herbert Chilvers Knights und Alfred Johnston,

Culcheth, Warrington (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

kessel 1 ersichtlich, der einen gasgekühlten Reaktoraufbau 2 und eine Wärmeaustauschergruppe 3 enthält. Die Wärmeaustauschergruppe, die aus Vorwärme-, Dampf- und Heiß damp fzonen besteht, wird von dem Reaktoraufbau 2 durch eine Abschirmung 4 abgeschirmt, welche ein zylindrisches Innenstück 5 aufweist, das von einem äußeren Abschirmungsring 6 umgeben ist, der mit dem Innenstück 5 teilringförmige Kühlmittelströmungswege 7 durch den Abschirmungsaufbau 4 hindurch ergibt. Die Strömungswege 7 hängen an der Wärmeaustauscherseite des Abschirmungsaufbaus 4 durch einen weiteren Abschirmungsring 8 über, während der Abschirmungsring 6 an der Reaktorseite eine Ausweitung 9 hat, die so geformt ist, daß sie einen glatten Eintritt des Kühlmittels in die Strömungswege 7 gewährt und einer Strahlungsstreuung durch bzw. über die Strömungswege 7 in Verbindung mit dem Abschirmungsring 8 vorbeugt.

Im einzelnen weist der doppelwandige Druckkessel 1 eine innere und eine äußere konzentrische Wand 10 und 11 auf, die durch einen ringförmigen Zwischenraum 12 voneinander getrennt sind. Die Innenwand 10 ist aus einer Anzahl zylindrischer Teile 13 zusammengesetzt, die mit ihren Enden jeweils zwischen die Ringe 14 geschweißt sind, welche als Distanzstücke zwischen der Innen- und Außenwand 10 und 11 wirken. Die Ringe 14 erstrecken sich durch den ringförmigen Zwischenraum 12, sind mit ihren Kanten an die Außenwand 11 angeschweißt und mit Löchern versehen, um ein Durchströmen des Kühlmittels durch

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den ringförmigen Zwischenraum 12 zu ermöglichen. Umkreisförmige Verstärkungsstreben 15 und Längskeile bzw. -schienen 16 sind an die Außenschale 11 angeschweißt. Eine Hauptanstützung 18 hat daran angeschweißte genutete Abstützungsbauteile 17, welche den Druckkessel 1 durch die Längskeile 16 halten. Die Längskeile 16 stehen mit den Nuten 19 der Abstützungsbauteile 17 in Wirkverbindung.

Die Nuten 19 sind mit Einsatz-Blechbeilagen 21, die durch Bolzen oder Schraubenbolzen 20 gehalten werden, ausgelegt bzw. eingepaßt. Längsbewegungen des Druckkessels 1 sind durch Gleiten der Keile 16 in den Abstützungsbaüteilen 17 möglich, während eine radiale Wärmeausdehnung des Druckkessels 1 durch den Spielraum 48 zwischen den Keilen 16 und den Abstützungsbaüteilen 17 gewährleistet wird.

Der Abschirmungsaufbau 4 ist innerhalb eines zylindrischen Flußstahlgehäuses 22 eingebaut, welches konzentrisch innerhalb des Druckkessels 1 gelagert und von dessen Wand 10 im Abstand gehalten ist, um einen ringförmigen Zwischenraum 23 zu ergeben. Zwischen Flußstahlendplatten 24, welche innerhalb des Gehäuses 22 angeschweißt sind, Hegen abwechselnde Schichten aus Graphit- und Borstahl 25 und 26, derart, daß die Graphitschichten 25 in der Richtung vom Reaktor zum Wärmeaustauscher des Abschirmungsaufbaus in ihrer Dicke abnehmen und die Stahlschichten 26 in dieser Richtung in ihrer Dicke zunehmen.

Im Innenstück 5 des Abschirmungsaufbaus 4 setzen sich die Graphitschichten 25 aus quadratischen Graphitblöcken 27 zusammen, während im ringförmigen Abschirmungsring 6 die Graphitschichten 25 aus Graphitblöcken 28 zusammengesetzt sind, die einen teilringförmigen Querschnitt haben (s. Fig. 2, aus welcher die Graphitschicht 25 in einem Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 ersichtlich ist). Die Stahlschichten 26, welche durchgehend geschweißt und plattenförmig sind, erstrecken sich durch bzw. über den gesamten Bereich des Gehäuses 22 und sind durchbohrt, um den stetigen Verlauf der Kühlmittel-Strömungswege 7 aufrechtzuerhalten, welche in den Graphitschichten 25 zwischen den Graphitblöcken 27 und 28 verlaufen. Die acht Kühlmittel-Strömungswege 7 haben Flußstahlauskleidungen 29, die sich zwischen den Endplatten 24 erstrecken und mit ihren Enden daran geschweißt sind. Jede Graphitschicht 25 ist zwischen zwei anliegenden Stahlschichten 26 durch Bolzen 30 befestigt; eine Ausnahme bildet die letzte Graphitschicht 25 an der Wärmeaustauscherseite, welche durch Bolzen 31 zwischen der Stahlschicht 26 und der Endplatte 24 befestigt ist.

Der Abschirmungsring 8 weist einen Formring aus Stahl 32 und einen zusammengesetzten Graphitring 33 auf, der sich aus einem Außenring teilringförmiger Graphitblöcke 34 und einem Innenring kleinerer Graphitblöcke 35, ebenfalls von teilringförmigem Querschnitt, zusammengesetzt. Der Graphitring 33 ist in einem zusammengesetzten Stahlgehäuse 36 enthalten, welches zwei Flußstahlstirnplatten 37 aufweist, außerdem Formringe aus Flußstahl 38, die mit ihren Kanten an die Stirnplatten 37 geschweißt sind, und einen Auskleidungsring 39 aus Flußstahl, welcher nahtartig an die Ringe 38 ausgeschweißt bzw. nahtgeschweißt ist.

Die Ausweitung 9 des Abschirmungsringes 6 weist einen mit Stahl ausgekleideten Ring von Graphitplatten 40 und einen durchgehend geschweißten Stahlring 41 auf. Die Ausweitung^ und der Abschirmungsring 8 werden innerhalb des Gehäuses 22 durch Anker schrauben 42, welche in Längsrichtung durch den Abschirmungsaufbau 4 verlaufen, in ihrer Lage gehalten. Die Ankerschrauben 42 dienen außerdem dazu, ein kreisförmiges Sieb oder Gitter 43 zu halten, das die Grenz- bzw. Endlage des Reaktoraufbaus 2 festlegt.

Der Abschirmungsaufbau 4 wird innerhalb des Druckkessels 1 durch Radialkeile 45 gehalten, die wiederum zwischen der Innen- und Außenwand 10 und 11 des Druckkessels 1 gehalten werden und mit Längskeilen 46 des Abschirmungsauf baus 4 in Wirkverbindung stehen. Eine Längsbewegung des Abschirmungsaufbaus 4 innerhalb des Druckkessels 1 wird durch Halterungen bzw. Feststellvorrichtungen 49, die mit der Innenwand 10 des Druckkessels 1 verbolzt sind, verhindert.

Im Betriebszustand strömt das gasförmige Kühlmittel, welches bei seinem Durchströmen durch den Reaktorauf bau 2 erhitzt wurde, durch den Abschirmungsaufbau 4 durch Strömungswege 7 (wie in Fig. 1 durch die Pfeile 44 wiedergegeben wird) zu der

^; Wärmeaustauschergruppe 3. Nach Abgabe der Wärme strömt das Kühlmittel vom Wärmeaustauscher 3 zurück zum Reaktorauf bau 2 durch den ringförmigen Zwischenraum 12 zwischen der Innen- und Außenwand 10 und 11 des Druckkessels 1 und durch den ringförmigen Zwischenraum 23 zwischen dem Druckkessel 1 und der Abschirmungsvorrichtung 4 (wie in Fig. 1 durch die Pfeile 47 wiedergegeben wird).
Der Abschirmungsaufbau 4 verhindert die Aktivierung der Wärmeaustauschergruppe 3 durch Neutronen aus dem Reaktoraufbau 2 und wirkt im Betriebszustand des Reaktors als ein Gamma- und Neutronenschirm, während er ein Strömen des Kühlmittels zwischen dem Reaktoraufbau 2 und der Wärmeaustauschergruppe 3 gestattet, ohne einen wesentlichen Druckabfall zur Folge zu haben. Der Abschirmungsaufbau 4 wirkt außerdem als ein Gammaschirm bei abgeschaltetem Reaktor, so daß die Wärmeaustauschergruppe 3 für das Bedienungspersonal zugäng-Hch ist.

Graphit wird auf Grund seiner besseren Widerstandsfähigkeit gegen Hitze dem Beton vorgezogen. Die Stahlschichten 26 im Abschirmungsaufbau 4 absorbieren die Gammastrahlung, während der Graphit die Neutronen absorbiert. Die stärkeren Stahlschichten in Richtung zur Wärmeaustauscherseite des Abschirmungsaufbaus 4 absorbieren die Gammastrahlung, weiche durch schnelle Neutronen in den schwächeren Stahlschichten 26 entsteht,

Die Graphitschichten 25 sind zur Richtung der Wärmeaustauscherseite des Abschirmungsaufbaus 4 hin dünner ausgeführt, da die Mehrzahl der Neutronen durch die stärkeren Graphitschichten 25 absorbiert wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schirm zwischen einem Kernreaktor und einer Wärmeaustauschergruppe, die in einem gemeinsamen Druckkessel enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm ein massives Mittelstück aufweist, welches mindestens genügend groß ist, um denjenigen Teil des Moderatoraufbaus des Reaktors abzuschirmen, der die Brennstoffelemente enthält, und von einem äußeren Abschirmungsring so umgeben ist, daß teilringförmige Strömungswege zwischen dem Innenstück und dem Außenring der Abschirmung entstehen, und daß die teilringförmigen Strömungswege durch einen weiteren Abschirmungsring an der

Wärmeaustauscherseite des Schirmes eine Umleitung erfahren.

2. Schirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenstück und der Außenring der Abschirmung sich aus abwechselnden Schichten von Graphit und Borstahl zusammensetzen.

3. Schirm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschichten in Richtung von der Reaktorseite zur Wärmeaustauscherseite des Schirmes in ihrer Dicke zunehmen, während die Graphitschichten in dieser Richtung in ihrer Dicke abnehmen.

4. Schirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem zylindrischen Gehäuse eingebaut ist, welches konzentrisch innerhalb des Druckkessels durch Längskeile gelagert ist, die an die Innenseite des Druckkessels geschweißt sind und mit Nuten im Gehäuse in Wirkverbindung stehen.

5. Schirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring der Abschirmung an der Reaktorseite eine solche Form hat, daß er einen glatten Eintritt des Strömungsfiusses in die teilringförmigen Strömungswege gestattet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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