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Kernreaktor-Druckbehälter Die Erfindung bezieht sich auf Druckbehälter
für Kernreaktoren.
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Wird bei dem Druckbehälter eines Kernreaktors für jeden Brennstoffkanal
eine Zugangsöffnung vorgesehen, so tritt hierbei das Problem der Verstärkung des
Druckbehälters im Bereich der Zugangsöffnungen auf, und infolgedessen wurde (beispielsweise
bei den Calder-Hall-Reaktoren) eine Anlagenausbildung angestrebt, bei welcher eine
Zugangsöffnung für eine Gruppe von Brennstoffkanälen vorhanden ist. Auf diese Weise
erhielt man zwar einen starken Druckbehälter, jedoch komplizierte Anordnungen für
die Beschickung des Reaktors mit dem Brennstoff. Wenn eine Zugangsöffnung für jeden
Brennstoffkanal vorgesehen wird, muß man eine wesentliche Verstärkung des Druckbehälters
im Bereich der Zugangsöffnungen vornehmen.
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Es ist ein gasgekühlter Reaktor bekannt, bei dem der Reaktorkern in
einem Druckbehälter von nicht durchgehend einheitlicher geometrischer Form enthalten
ist. Der mittlere Behälterabschnitt weist eine Kugelform auf, der obere Abschnitt
ist teils kubisch und teils kegelig ausgebildet, während der untere Abschnitt die
Form eines auf der Spitze stehenden Kegels hat. Im ganzen ist der Behälter von bombenähnlicher
Form oder von abgewandelt kugeliger Form.
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Der Kernreaktor-Druckbehälter gemäß der Erfindung von um die Längsachse
rotationssymmetrischer, kugeliger Grundform mit einem kappenförmigen Endabschnitt,
der gitterartig von Bohrungen durchsetzt ist, die in ihrem Bereich einen Zugang
zum Behälterinnern bilden, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterlängsschnitt
eine überall stetige Kurve darstellt und daß der kappenförmige Endabschnitt des
Behälters einen kleineren Krümmungsradius als das gegenüberliegende Ende des Behälters
aufweist.
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Gegenüber bekannten Anordnungen hat die Erfindung den Vorteil, daß
ein in hohem Maße verstärkter Innendruck dadurch ermöglicht wird, daß ein in der
Grundform kugeliger Druckbehälter verwendet wird, dessen Form abgewandelt ist, um
diesen verstärkten Druck zu ermöglichen. Zwar zeigt auch die vorstehend umrissene
bekannte Anordnung einen »abgewandelten« Behälter. Wenn aber der glatte und übergangslose
Umriß des Druckbehälters gemäß der Erfindung mit den scharfen Konturen und Absätzen
des Behälters gemäß der vorbekannten Anordnung verglichen wird, so zeigt sich ohne
weiteres, daß ersterer stärkeren Drücken als letzterer widerstehen kann. Die Erfindung
soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung, die eine teilweise
geschnittene Mittelansicht darstellt, näher erläutert werden.
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Gemäß der Zeichnung weist der Druckbehälter 1 einen unteren Abschnitt
2, der halbkugelförmig ist, einen kappenförmigen Endabschnitt 3, der ebenfalls halbkugelförmig
ausgeblidet ist, aber einen kleineren Durchmesser als der untere Abschnitt 2 und
größere Wandstärke besitzt, und einen Zwischenabschnitt 4 auf, der ebenfalls einen
Teil einer Kugel bildet und mit den Abschnitten 2 und 3 durch Schweißnähte 18 und
19 verbunden ist. Der Endabschnitt 3 ist an der Oberseite des Druckbehälters 1 dargestellt,
der für einen Kernreaktor mit Beschickung von oben bestimmt ist. Wenn der Reaktor
für eine Beschickung von der Seite oder von unten bestimmt ist, würde der Endabschnitt
3 an der Seite oder an der Unterseite des Behälters 1 angeordnet sein. Der Endabschnitt
3 ist mit Löchern zur Aufnahme zahlreicher Standrohre 5 versehen, die je einen Zugang
von der Oberseite einer biologischen Abschirmung 6 zu einem Brennstoffkanal ? in
einem Graphitmoderator und einem Reflektor 8 ergeben. Die Rohre 5 sind durch abnehmbare
Abschirmungsstopfen 17 dicht verschlossen.
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Der Reflektor 8 ruht in dem Druckbehälter 1 auf einem Rost 9. Der
Rost 9 ruht wiederum auf Böcken
10, die an die untere innere
Wandung des unteren Abschnitts 2 angeschweißt sind. Böcke 11; welche an die untere
äußere Wandung des unteren Abschnitts 2 angeschweißt sind, und zwar gegenüber den
Böcken 10 an der Innenseite des unteren Abschnitts, übertragen das Gewicht
des Reflektors 8 und des Rostes 9 auf einen äußeren Stützring 12. Die Böcke
11 übertragen auch das Gewicht des unteren Abschnitts 2 und infolgedessen
auch des Endabschnitts und der Zwischenabschnitte 3 und 4.
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In den Kanälen 7 sind Brennstoffelemente 13 dargestellt, die miteinander
zu Ketten verbunden sind, die mit Seilen 20 an den Stopfen 17 hängen. Koaxiale
Leitungen 14 und 15 sind für die Kühlgasströmung durch den Reaktor vorgesehen, wobei
das Kühlmittel durch die äußere Leitung 14 eintritt, durch die Brennstoffkanäle
7 aufwärts steigt und sich in dem Kopfstück 16 sammelt, bevor es den Druckbehälter
1 durch die innere Leitung 15 verläßt.
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Typische Abmessungen für einen Druckbehälter gemäß der Erfindung sind:
Durchmesser des unteren Abschnitts 2 . . . . . . . . . etwa 14 m Durchmesser des
Endabschnittes 3 . . . . . . . . etwa 12 m Abstand zwischen der Mitte des unteren
Abschnitts 2 und des Endabschnitts 3 ...... etwa 5,3 m Krümmungsradius des
Zwischenabschnitts 4..... etwa 14,5 m Stärke des unteren Abschnitts
2 . . . . . . . . . . . etwa 86 mm Stärke des Zwischenabschnitts
4 . . . . . . . . . etwa 127 mm Stärke des Endabschnitts 3 etwa 127 mm Anzahl
der Standrohre 5 ..... 922 auf 32 cm Dreiecksabstand Abmessung der Standrohre
5 .. 17 cm Bohrung und 3 cm Wandstärke Ein derartiger Druckbehälter ist für einen
Arbeitsdruck bis zu 21 kg/cm2 berechnet.
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Der Moderator und der Reflektor 8, das Kopfstück 16 und der
Rost 9 nehmen einen etwa zylindrischen Reaktorkernraum von etwa 12 m Durchmesser
und 13 m Höhe ein.
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Es ist von Interesse, die Relativverhältnisse einmal mit und einmal
ohne Anwendung der Erfindung zu betrachten.
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Ein kugelförmiger Druckbehälter mit einem Kernraum der gleichen Größe,
wie er vom Behälter gemäß der Erfindung eingeschlossen wird, würde etwa 17 m Durchmesser
haben. Wenn er auf eine Wandstärke von etwa 13 cm (eine annehmbare maximale Wandstärke
für Seitenschweißung) im Bereich der Standrohre 5 verstärkt würde, so würde er einen
Druck von 15 kg/cm2 aufnehmen (die Standrohre 5 haben einen Durchmesser von 17 cm,
eine Wandstärke von 3 cm und einen Dreiecksabstand von 32 cm).
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Unter Verwendung der Erfindung und der typischen Abmessungen, wie
sie oben angegeben sind (d. h. 12 m Durchmesser für den Endabschnitt 3 und 13 m
Durchmesser für den unteren Abschnitt 2), würde der Druck, der jetzt von der gleichen
Wandstärke (13 cm) des Metalls in dem Bereich der Standrohre 5 aufgenommen werden
kann, 21 kg/cm2 betragen. Dieser Druckgewinn von 371/o kann (geschätzt) auf eine
Verminderung der Kühlmittelpumpleistung um einen Faktor von 1,9 übertragen werden,
was bei einem Reaktor von 1000 MW Wärmeerzeugungskapazität eine Ersparnis von 40
MW an elektrischer Leistung bedeutet.