DE1187747B - Kernreaktor mit relativ zueinander verschiebbaren Kernteilstuecken - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G 21

Deutsche Kl.: 21g-21/31

Nummer: 1187 747

Aktenzeichen: U 8499 VIII c/21 g

Anmeldetag: 27. November 1961

Auslegetag: 25. Februar 1965

Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren mit einem Kern, der sich aus einzelnen relativ zueinander verschiebbaren brennstoffhaltigen Kernteilstücken zusammensetzt, von denen bereits eines ausreicht, den Kern unterkritisch zu machen, wenn es aus dem Kern entfernt ist. Durch Erhöhen oder Verringern der Reaktivität zwecks Einregelung eines überkritischen oder eines unterkritischen Zustandes wird die Neutronenflußdichte und damit die Leistung im Reaktorkern so lange verändert, bis der gewünschte Leistungspegel erreicht ist.

Es ist bereits ein Kernreaktor bekannt, der aus einer Anzahl von parallelen, brennstoffhaltigen Platten besteht, von denen jede eine getrennt verschiebbare Einheit bildet. Durch die Relativverschiebung dieser Einheiten kann die Reaktivität des Kerns gesteuert werden.

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß sie über die eigentliche Reaktivitätssteuerung hinausgeht, indem sie (insbesondere in Verbindung mit Hochleistungsbrennstoffen, wie sie in schnellen Reaktoren verwendet werden) sicherstellt, daß bei Abschaltung des Kerns die Zerfallswärme, welche weiter erzeugt wird, nicht eine Konzentration des Brennstoffs zu einer größeren Dichte und daher möglicherweise einen überkritischen Zustand herbeiführt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht jedes der Kernteilstücke aus mehreren plattenförmigen, zueinander parallelen Abschnitten, die starr miteinander verbunden und mit seitlichem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei in die Zwischenräume die entsprechenden Abschnitte eines gegenüberliegenden, gleich aufgebauten Kernteilstücks hineingreifen und mindestens eines der Teilstücke unabhängig vom Restteil an einem Arm befestigt ist, welcher das Teilstück durch Rotation und gegebenenfalls durch Translation vom Kern wegbewegt.

Wenn die Halterung in Form eines solchen Armes für jedes der Kernteilstücke vorgesehen ist, dann läßt sich ihre Wiederbeschickung auch an anderen Stellen als im Kernbereich durchführen mit dem Vorteil, daß der Raum in unmittelbarer Umgebung des Kerns nicht durch Lade- und Entladeeinrichtungen versperrt wird, sondern frei bleibt, wodurch die Unterbringung der Regelausrüstung zur Betriebsregelung des Kerns vereinfacht wird. Ein in dieser Weise zu beschickender Kernreaktor enthält eine einzige Entlade- und eine Beschickungsstation, die bezüglich der Entkonzentrierungsstellung oder auch bezüglich jeder einzelnen Stellung der Kernteilstücke, Kernreaktor mit relativ zueinander
verschiebbaren Kernteilstücken

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,
London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:
Alexander Gilchrist Frame,
John Webb, London

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 28. November 1960
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falls die Teilstücke ihre vom Kern entfernte Stellung (Verdünnungsstellung) an verschiedenen Punkten einnehmen, fluchtet. Eine einzige Verdünnungsstellung für sämtliche Kernteilstücke ist unter dem Gesichtspunkt der Wiederbeschickung insofern vorteilhaft, als dann nur eine einzige Lade- und Entladestation erforderlich ist, während andererseits eine maximale Verdünnung des Brennstoffs eine Verteilung der Kernteilstücke auf verschiedene Punkte im Raum erfordert. Diese sich widersprechenden Bedingungen werden dann miteinander vereinbart, wenn der Reaktorkern in zwei Hälften mit einer einzigen gemeinsamen Verdünnungsstellung für beide unterteilt ist; in diesem Fall wird der Reaktor durch Verlagerung der einen Hälfte in die Verdünnungsstellung abgeschaltet, während die andere Hälfte in ihrer Aktivstellung am Ort des Kerns verbleibt.

Die mit einem Arm versehene Bewegungseinrichtung für die Kernteilstücke hält die Kernteilstücke während der Überführungsbewegung zwischen den beiden Stellungen vorzugsweise unverändert aufrecht, d.h., es findet eine Parallelverschiebung statt. Bei einer der Ausführungsformen führt eine solche Einrichtung zuerst eine Verschiebebewegung in einer Ebene aus, um dabei das gestützte Kernteilstück aus dem Kern herauszubringen, und dann eine Schwenk-

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bewegung in einer anderen Ebene, die am zweck- radial durch einen Schlitz 21 einer drehbaren Säule mäßigsten senkrecht zur ersten Ebene liegt, um da- 22 herausragt. Die Stützeinrichtungen, zu denen die durch das Teilstück in die Verdünnungsstellung und Füße und Säulen als Teile gehören, sind für beide zurück in den Kern zu befördern. Alternativ kann Hälften gleich ausgeführt, und es genügt deshalb, die Verschiebung durch eine reine Schwenkbewegung 5 eine dieser Einrichtungen, besonders unter Zuin der Längsebene des Kernteilstücks vor sich gehen, grundelegung der im Schnitt links in F i g. 2 erschei- und dessen Lage wird bei der Überführung durch nenden Darstellung, zu beschreiben. Die Säule ereine Bewegungseinrichtung, bei der schwenkbare streckt sich in vertikaler Richtung von einem Druckparallele Arme vorgesehen sind, um den Kern- lagerfuß 23 am Boden des Tanks und verläuft bis abschnitt nach Art eines Parallelogrammgelenkes zu io über den Tankdeckel, wo eine Tauchdichtungsanordstützen, unverändert erhalten. nung 24 vorgesehen ist. Das Ende des Fußes 20

Die Erfindung ist in erster Linie bei heterogenen, innerhalb der Säule ist fest an dem unteren Ende des

und zwar bei den sogenannten schnellen Reaktoren Rohres 25 angeordnet, das geradlinig, jedoch nicht

anwendbar, in deren Kern keine Moderatorstoffe drehbar, beispielsweise durch Rollen 26 geführt wird,

verwendet werden; der Kernbrennstoff im Reaktor- 15 wobei das obere Ende dieses Rohres mittels einer

kern liegt in Form ummantelter Stäbe oder Rohre als Schrauben- und Gegenmuttervorrichtung 27 sowie

Brennelemente vor. umlaufenden Kugeln mit einem innerhalb der Säulen

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie bei- drehbaren Rohr 28 verbunden ist. Eine Welle 29

spielsweise wiedergebenden schematischen Zeich- kann antriebsmäßig so mit dem Rohr 28 in Eingriff

nungen näher erläutert werden, und zwar zeigt 20 gebracht werden, daß ein an dieser Welle liegender

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungs- Antrieb den Fuß 20 und damit die entsprechende

beispiel, Kernhälfte je nach ihrem Drehsinn hebt oder senkt.

F i g. 2 einen Schnitt entsprechend dem Verlauf In F i g. 2 erscheint die Hälfte 17 in einer Stellung,

der Schnittlinie H-II in F i g. 1, in der sie so gesenkt ist, daß sie frei vom Kern steht.

Fig. 3 eine senkrecht durch das zweite Aus- 25 Eine Rollenführungseinrichtung 30 ist neben diesem

führungsbeispiel verlaufende Schnittdarstellung, so angeordnet, daß sie in einen Führungskanal 31 an

während der Rückseite der Hälften bei der Aufwärtsführung

F i g. 4 einen Schnitt entsprechend der Schnittlinie der Kernhälfte in ihre aktive Stellung hineingeleitet,

IV-IV in F i g. 3 darstellt. wodurch bei der Überführung in die Aktivstellung

Die grundlegenden Merkmale der beiden dar- 30 eine positive Führung geschaffen wird.
gestellten Ausführungsbeispiele sollen nachfolgend Zur Abschaltung des Reakrors (wenn man angemeinsam beschrieben werden. Ein aufrecht stehen- nimmt, daß sich beide Kernhälften bei zusammender Reaktortank 11 ist mit einem aus flüssigem Me- gebautem Kern in den aktiven Stellungen befinden) tall bestehenden Primärkühlmittel bis zur Höhe 12 wird eine der Hälften durch in geeignetem Drehsinn gefüllt, so daß ein eine zentrale Stellung innerhalb 35 zugeschalteten Antrieb der Drehwelle 29 so weit des Tanks einnehmender Reaktorkern 13 völlig herabgelassen, bis der Fuß 20 das unterste Ende des untergetaucht ist. Eine aufwärts gerichtete Strömung Schlitzes 21 in der entsprechenden Säule erreicht. des Kühlmittels durch den Reaktorkern zur Abfuhr Zu diesem Zeitpunkt überwiegt der unterkritische der in ihm erzeugten Wärme verläuft zwischen einer Zustand, und die betreffende Hälfte befindet sich Einlaßrohrleitung 14 (Fig. 3) und einer Auslaß- 40 außerhalb des Reaktorkernbereiches und kann in leitung 15 (Fig. 2). Der Kern ist in zwei ineinander- einer senkrechten Ebene durch Drehung der Säule passende Hälften 16 und 17 unterteilt, die jeweils so 22 um einen Winkel von 90° in eine Verdünnungsausgestaltet sind, daß zwei unter einem Abstand par- stellung in einen Abstellbereich 32 geschwenkt allel verlaufende Plattenabschnitte entstehen, die bei werden, was sich am besten an Hand von F i g. 1 zusammengebautem Kern, wenn beide Hälften sich 45 erkennen läßt, in der der bogenförmige Weg durch in ihren entsprechenden Aktivstellungen befinden, strichpunktierte Linien wiedergegeben ist. Wenn mit den Plattenabschnitten der anderen Hälfte in- sich eine Hälfte in der Verdünnungsstellung und die einandergreifen. Bei der Verflechtung der Platten- andere innerhalb des Kernbereiches befindet, ist die abschnitte bleibt zwischen benachbarten Abschnitten Trennung der beiden Hälften in Querrichtung so ein geringer Zwischenraum zur Einführung von neu- 50 groß, daß im Fall des Zusammenschmelzen des tronenabsorbierenden Regeleinrichtungen in Form Brennstoffs durch zufällige Überhitzung, beispielsvon Platten 18, die an einem Hebe- und Senkmecha- weise als Folge von Kühlmittelverlusten oder unzunismus 19 aufgehängt sind, so daß durch Einführung länglicher Kühlmittelströmung, der Brennstoffgehalt und Zurückziehen der Platten in den Reaktorkern der beiden Hälften sich nicht wieder vereinigen und aus diesem heraus die Regelung auf bekannte 55 kann, um eventuell eine kritische Masse zu erreichen. Weise ermöglicht wird. Mit einer exzentrischen drehbaren Abschirmungs-

Es sei darauf hingewiesen, daß die Platten- anordnung 33 (F i g. 1) ist Vorsorge zur Nachabschnitte der beiden Kernhälften 16,17 in Wirklich- ladung von Brennstoff in dem Abstellbereich 32 gekeit Rahmen oder ähnliche Haltevorrichtungen sind, troffen. Es ist zu berücksichtigen, daß eine Abschalin denen Brennelemente als gebündelte Einbau- 60 tung ein unvermeidlicher Begleitvorgang bei der einheiten entsprechend einem Reaktorgitter oder Nachladung ist und daß die Kernhälften abwechselnd einem systematisch wiederkehrenden Muster unter- für diese Maßnahme jeweils einzeln herausgeführt gebracht sind. Durch Einführung von brutfähigem werden. Zweckmäßigerweise wird die nachzuladende Material in ähnlicher Form wie die Brennelemente Kernhälfte in dem Abstellbereich auf annähernd die lassen sich Brutbereiche vorsehen. 65 gleiche Höhe gehoben, die er im Kernbereich in

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 seiner Aktivstellung einnimmt, so daß er dichter an

und 2 stehen die beiden Kernhälften 16 und 17 starr die drehbare Abschirmung herangebracht wird und

befestigt auf dem Endabschnitt eines Fußes 20, der die Brennelemente leicht zu handhaben sind.

Im Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4 enthält eine Bewegungseinrichtung innerhalb des Reaktortanks mit parallelen Flanschen versehene Seitenwände 35 und 36, die aufrecht zu beiden Seiten des Kernbereiches angeordnet sind, während zwischen den Seitenwänden Träger 37 verlaufen. Diese Bauteilgruppe wird vom oberen Ende des Reaktortanks gehalten und läßt den Tankboden frei; in einer mittleren Stellung innerhalb der Seitenwände befindet sich eine vertikal verlaufende Öffnung, die durch Flansche 38 begrenzt und an ihrem unteren Ende offen ist. In diese Öffnungen in der Ebene der Seitenwände ragen Paare von Arbeitsbühnen 39 und 40, wobei die Bühnen jedes Paares an ihren nebeneinanderliegenden Enden solche Abstände aufweisen, daß schwenkbar an den entsprechenden Paaren angelenkte Arme 41 und 42 zwischen den Bühnen eine Schwenkbewegung ausführen können. Jede der beiden Kernhälften 16,17 ist an dem Ober- und Unterteil schwenkbar mit den entsprechenden Enden der Arme 41 und 42 verbunden, wobei diese Arme parallel zueinander angeordnet sind, so daß sie die entsprechende Kernhälfte nach Art eines Parallelogrammgelenks halten.

Die unteren Arme 42 sind mit Gegengewichten 43 ausgestattet, die jedoch nicht ausreichen, um ein Gleichgewicht herbeizuführen, während die Hälften entgegen ihrer Schwerkraft durch mit den oberen Armen 41 zusammenwirkende Antriebseinrichtungen eine Lageeinstellung erfahren. Eine für samtliehe obere Arme gleichartige Antriebseinrichtung besteht, wie dargestellt, aus einer Zahnstange 44, die mit einem Ritzel 45 im Eingriff steht, an dem der obere Arm befestigt ist, während die Zahnstange durch das obere Ende des Reaktortanks hindurchgeführt ist und einen äußeren Antrieb 46 aufweist.

Um die beiden Hälften 16, 17 des Reaktorkerns aus den Aktivstellungen (wie eingezeichnet) in die Verdünnungsstellungen (mit unterbrochenen Linien dargestellt) zu versetzen, werden die Zahnstangen 44 nach unten getrieben, wobei sie die Arme 41 und 42 in der vertikalen Längsebene des Kerns schwenken. Die Kernteilstücke senken sich anfänglich aus den aktiven Stellungen und erreichen, wenn die Arme um 180° geschwenkt worden sind, die Verdünnungs-Stellungen ohne Veränderung ihrer ursprünglichen Richtung während der Beförderung.

In vertikaler Ausfluchtung zu den Verdünnungsstellungen liegt eine exzentrisch drehbare Abschirmungsanordnung 47 für die Nachladung. Die Lade- und Entladestationen, die durch diese Anordnungen gegeben sind, sind insofern bemerkenswert, als sie von dem Reaktorkernbereich entfernt angeordnet sind und der Raum oberhalb dieses Bereiches für die Regelausrüstung voll zur Verfügung steht; der gleiche Vorteil liegt bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 vor.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einem Kern, der sich aus einzelnen relativ zueinander verschiebbaren brennstoffhaltigen Kernteilstücken zusammensetzt, von denen bereits eines ausreicht, den Kern unterkritisch zu machen, wenn es aus dem Kern entfernt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Kernteilstücke (16,17) aus mehreren plattenförmigen, zueinander parallelen Abschnitten besteht, die starr miteinander verbunden und mit seitlichem Abstand zueinander angeordnet sind, daß in die Zwischenräume die entsprechenden Abschnitte eines gegenüberliegenden, gleich aufgebauten Kernstücks hineingreifen und daß mindestens eines der Teilstücke unabhängig vom Restteil an einem Arm (20, 41, 42) befestigt ist, welcher das Teilstück durch Rotation und gebenenfalls durch Translation vom Kern wegbewegt.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm an einer verlängerbaren, drehbaren Steuerwelle befestigt ist, die in einer Ebene parallel zu den Ebenen der Brennstoffabschnitte liegt.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei Kernteilstücken beide abwechselnd die gleiche Abschaltstellung einnehmen, in der auch die Be- und Entladung mit Brennstoff erfolgt.

4. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kernteilstück schwenkbar an zwei parallel zueinander angeordneten Armen befestigt ist, die in einer Ebene parallel zu den Ebenen der plattenförmigen Abschnitte nach Art eines Parallelogrammgelenkes schwenkbar sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 902 282; Schweizerische Patentschrift Nr. 233 278; Französische Patentschrift Nr. 1 244 853; »Nucleonics«, 1958, März, Bd. 16, S. 80.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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