DE1298653B - Anlage zum Regeln der Reaktivitaet in Kernreaktoren - Google Patents
Anlage zum Regeln der Reaktivitaet in KernreaktorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Regelanlage zur Regelung eines Kernreaktors mit Hilfe eines neutronenabsorbierende,
bei Reaktorbetriebsbedingungen flüchtige Substanzen enthaltenden Strömungsmittel, das
einen die Spaltzone durchsetzenden Kreislauf durchströmt, bei der ein zu diesem Kreislauf parallelgeschalteter
Nebenkreislauf vorgesehen ist, in dem eine Destillationsvorrichtung angeordnet ist.
Die Erfindung bezieht sich also im besonderen auf Regelanlagen, die neutronenabsorbierende Substanzen
in der Regelflüssigkeit gelöst haben, die zum Teil oder in der Gesamtheit bei Destillation in die
Dampfphase der genannten Flüssigkeit zu gehen vermögen, wobei die Verdampfung bei einem im
wesentlichen dem Druck der Flüssigkeit während des Normalbetriebs des Reaktors gleichen Druck vor
sich geht. Die gelösten neutronenabsorbierenden Substanzen sind bei den während des Reaktorbetriebs
üblichen Druck- und Temperaturverhältnissen also flüchtig.
Es ist bekannt, die Reaktivität von Kernreaktoren durch Einführen und Abziehen von in einer Flüssigkeit
gelösten neutronenabsorbierenden Substanzen zu steuern, wobei die Flüssigkeit einen die Spaltzone
durchsetzenden Kreislauf durchströmt. Zur Steuerung sind die bekannten Reaktoren mit einem Einführungsoder auch Injektionssystem versehen, das in den
Kreislauf regelbare Dosen der neutronenabsorbierenden Substanzen einführt, während das Extrahieren
oder Entfernen dieser Substanzen durch irgendein bekanntes Verfahren (Destillation, Ausfällen, Zentrifugieren,
Filtern usw.) bewirkt wird.
Es ist z.B. aus der USA.-Patentschrift 2917444 bekannt, einen vom Hauptstromkreis der Regelflüssigkeit
abgeleiteten Teilstrom in einer Destillationsvorrichtung zu destillieren, wobei das Lösungsmittel
verdampft wird und die neutronenabsorbierende Substanz (oder auch Neutronengift) im
Rückstand der Destillation konzentriert erhalten wird. Die genannte Patentschrift bezieht sich im
wesentlichen auf Cadmiumnitrat als in der Regelflüssigkeit gelöste neutronenabsorbierende Substanz.
Jedoch sind auch andere Verbindungen, wie Borsäure, Cadmiumsulfat, Bornitrat, Borsulfat, Lithiumsalze,
als mögliche zu lösende neutronenabsorbierende Substanzen genannt.
Von diesen genannten Substanzen sind jedoch gewisse, wie z. B. die Borsäure, bei den üblichen während
des Reaktorbetriebs herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen flüchtig, wodurch die Möglichkeit
des Abscheidens während der Destillation beschränkt wird.
Um solche Substanzen aus der obenerwähnten Flüssigkeit zu entfernen, ist es bekannt, Ionen-Austauscher
anzuwenden, die mit Harzen gefüllt sind, welche die Ionen der neutronenabsorbierenden Substanzen
festhalten. Eine solche Entfernung der neutronenabsorbierenden Substanzen erfordert die Verwendung
von kostspieligen Harzen, die sich schnell sättigen und infolgedessen fortlaufend ersetzt werden
müssen, mit allen Unzuträglichkeiten, welche die Handhabung von stark aktiven Substanzen mit sich
bringt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Regelanlage zur Regelung eines Kernreaktors mit
Hilfe einer neutronenabsorbierenden Flüssigkeit zu schaffen, mittels welcher auch flüchtige, neutronenabsorbierende
Substanzen in einfacher, billiger und fortschrittlicher Weise bei der Regelung des Reaktors
verwendet werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der die Destillationsvorrichtung verlassende
Dampf zum Auswaschen der neutronenabsorbierenden Substanzen in eine Waschkolonne und die aus
der Waschkolonne kommende, mit neutronenabsorbierenden Substanzen beladene Waschflüssigkeit
in einen Zwischen-Behälter strömt, der sowohl ίο mit der Destillationsvorrichtung als auch mit dem
die Spaltzone durchsetzenden Kreislauf in Verbindung steht.
Aus diesem Zwischen-Behälter kann also ein Teilstrom direkt in die Destillationsvorrichtung geschickt
werden und der andere Teil in den Hauptkreislauf. Das Maß, in welchem die beiden Teilströme der
einen oder der anderen Leitung zugeführt werden, kann in bekannter Weise geregelt werden. Die Folge
dieser Regelung ist, daß die Konzentration der neuao tronenabsorbierenden Substanzen im Hauptkreislauf,
der den Reaktorkern durchströmt, beliebig eingestellt werden kann.
Durch eine Ausbildung der Waschkolonne als Gegenstromanlage wird erreicht, daß die Zeit, während
der die Dampfphase mit der Flüssigkeitsphase in Kontakt steht, groß genug ist, daß eine Diffusion
der neutronenabsorbierenden Substanzen der Dampfphase in die Flüssigkeit erfolgen kann.
Die vorliegende Anlage bietet gegenüber den bekannten Anlagen bedeutende Vorteile.
Sie gestattet es z. B., die Anwendung von Ionen-Austauschern und infolgedessen jeglichen Verbrauch
und Ersatz von Harzen zu vermeiden.
Jeder unproduktive Verbrauch von neutronenabsorbierenden Substanzen, also jeder Verlust dieser
Substanzen durch andere Vorgänge als durch Neutronenabsorption wird dadurch weitgehend vermieden.
Die Destillationsvorrichtung bewirkt die Reinigung des den Reaktorkern durchlaufenden Strömungsmittels (welches beispielsweise das Kühlmittel sein
kann) durch das Abscheiden aller nichtflüchtigen, im Strömungsmittel enthaltenen Verunreinigungen.
Die Verunreinigungen können ihrerseits periodisch oder kontinuierlich durch Abführen des Destillationsrückstandes aus der Destillationsvorrichtung abgeschieden
werden.
Der Zwischen-Behälter bildet ein Reservoir für das mit neutronenabsorbierenden Substanzen hoch
So angereicherte Strömungsmittel. Dabei steht das in diesem Zwischen-Behälter enthaltene Strömungsmittel
unter Temperaturen und Drücken, die gleich denen im den Kern durchquerenden Hauptkreislauf
sind.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung die erwähnten Kreisläufe,
Fig.2 schematisch die vorliegende Regelanlage in Verbindung mit einem Kernreaktorbehälter.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Kreislauf (Hauptkreislauf), der das Strömungsmittel,
gegebenenfalls mit den neutronenabsorbierenden Substanzen, führt; das Bezugszeichen 2 bezeichnet
eine Destillationsvorrichtung, 3 eine Waschkolonne, 4 einen Zwischen-Behälter.
Ein Teil des Strömungsmittels in flüssiger Form wird aus dem Hauptkreislauf abgezweigt und geht
durch die Leitung 5 in die Destillationsvorrichtung 2, wo die Flüssigkeit verdampft wird und wobei ihr
Dampf einen Teil der neutronenabsorbierenden Substanzen mit sich nimmt; der Dampf geht dann durch
die Leitung 6 in die Waschkolonne 3, in welcher er gewaschen wird, bevor er durch die Leitung 7 in den
Hauptkreislauf zurückgeführt wird. Die Waschflüssigkeit wird aus dem Hauptkreislauf entnommen
und tritt durch die Leitung 8 in die Kolonne 3 ein, in welcher sie sich mit neutronenabsorbierenden
Substanzen belädt und sodann durch das Rohr 9 zum Zwischenbehälter 4 strömt. Dieser Zwischen-Behälter
ist durch eine Leitung 10 mit dem Hauptkreislauf und durch eine Leitung 11 mit der Destillationsvorrichtung verbunden.
Das Bezugszeichen 12 bezieht sich auf ein Drosselventil, das in der Leitung 10 angeordnet ist und von
außerhalb des Reaktorbehälters gesteuert werden kann. Bei offener Stellung dieses Ventils 12 geht die
mit neutronenabsorbierenden Substanzen beladene ao Flüssigkeit des Zwischen-Behälters durch die Leitung
10 und wird dem Hauptkreislauf zugeführt, während bei geschlossener Stellung des Ventils 12 die Flüssigkeit
durch die Leitung 11, die in Form eines Überlaufrohres angeordnet ist, zur Destillationsvorrich- »5
tung 2 läuft.
Das Bezugszeichen 13 bezieht sich auf ein von der Destillationsvorrichtung 2 abgehendes Reinigungsoder Abflußrohr.
Da ein Teil der neutronenabsorbierenden Substanzen mit den Verunreinigungen beim Abführen
der Destillationsrückstände durch das Rohr 13 verlorengeht, ist es notwendig, die eliminierten, neutronenabsorbierenden
Substanzen zu ersetzen. Dies kann durch Einführen oder Injektion in den Zwischen-Behälter
oder an jeder Stelle der erwähnten Kreisläufe oder von an diese angeschlossenen Kreisläufen
geschehen. Es wird dann jeweils eine solche Menge neutronenabsorbierender Substanzen zugeführt,
daß die durch die Reinigungsabfuhr eliminierte Menge ersetzt wird.
Als Beispiel wird die vorliegende Regelanlage in Verbindung mit einem Reaktor gezeigt, der mit
Druckwasser arbeitet, in welchem das Primärwasser die Funktion des Moderators und des Kühlmittels
hat und in welchem die neutronenabsorbierende Substanz Borsäure ist.
Beim gewählten Beispiel umfaßt der Reaktor eine Druckkammer in dem Reaktorgefäß, welches den
Kern des Reaktors enthält, wobei diese Druckkammer von einem Teil der Primärflüssigkeit durchlaufen
wird, die bei ihrem Eintritt in die Druckkammer zerstäubt wird. Unter Bezugnahme auf F i g. 2: Das Reaktorgefäß
ist mit 21 bezeichnet, der Kern mit 22, die Druckkammer mit 23, die Destillationsvorrichtung
mit 2; 3 bezeichnet die Waschkolonne, welche in der Druckkammer 23 oberhalb des Wasserniveaus
angeordnet ist, 4 bezieht sich auf einen Zwischen-Behälter, der mit borhaltigem Wasser gespeist wird,
das unten an der Waschkolonne 3 abgenommen wird.
Die Destillationsvorrichtung 2 wird mit dem von der Druckkammer kommenden Wasser über die Leitung
5 gespeist. Dieses Wasser wird in der Destillationsvorrichtung 2 zum Sieden gebracht, und sein
Dampf, der Borsäure-Dämpfe mit sich führt, wird durch eine Leitung 6 zur Waschkolonne 3 geführt.
Das vom Zerstäuber 29 kommende Waschwasser belädt sich bei seinem Durchgang durch die Waschkolonne
3 mit Borsäure und läuft dann durch das Rohr 9 in den Zwischen-Behälter 4, der mit dem
Primärkreislauf durch eine Leitung 10 verbunden ist, wobei der Durchsatz durch diese Leitung von außen
durch ein Drosselventil 12 gesteuert wird.
Ein Überlaufrohr 11 verbindet den Zwischen-Behälter 4 mit der Destillationsvorrichtung 2. Das
Bezugszeichen 34 bezieht sich auf ein Drosselventil in einer Reinigungsleitung der Destillationsvorrichtung
2.
Wie oben beschrieben, erlaubt das Ventil 12 in seiner offenen Stellung das Einführen oder Injizieren
von an Borsäure reichem Wasser aus dem Zwischen-Behälter 4 in den Hauptkreislauf, während bei geschlossener
Stellung des Ventils dieses Wasser durch das Überlaufrohr 11 zur Destillationsvorrichtung 2
geführt wird, wobei die Borsäure dann in einem geschlossenen Kreislauf zwischen der Destillationsvorrichtung, der Waschkolonne und dem Zwischen-Behälter
zirkuliert.
Betrachtet werden nunmehr Betriebsbeispiele für den Fall, daß das Abziehen und das Einführen von
Borsäure zur Steuerung der Reaktivitätsänderungen des Reaktors durch die vom Xenon-135 hervorgerufene
Vergiftung verwendet wird. Im gewählten Beispiel wird die Summe aus Vergiftungs- und Absorptionseffekt
des Xe-135 bzw. der Borsäure im wesentlichen für jeden Augenblick konstant gehalten,
und zwar gleich dem Maß des Vergiftungseffekts des Xe-135 bei Vollast des Reaktors und stabilem
Betrieb.
A. Übergang von Null-Last zu Voll-Last des Reaktors
Um die Borsäure aus dem Hauptkreislauf derart zu eliminieren, daß die mit der Ansammlung des
Xenon-135 verknüpfte Änderung der Reaktivität kompensiert wird, schließt man das Ventil 12; das
Waschwasser, mit Borsäure beladen und durch die Waschkolonne 3 zum Zwischen-Behälter 4 fließend,
muß teilweise oder ganz durch das Überlaufrohr 11 strömen, durch welches es in die Destillationsvorrichtung
2 geleitet wird. Die durch Leitung 5 aus der Druckkammer eingeführte Borsäure wird dann in
einem Kreislauf zirkulieren, der ganz oder teilweise geschlossen und durch die Kammern 2, 3 und 4 gebildet
ist, in welchem sie sich ansammeln wird.
B. Betrieb des Reaktors bei Voll-Last
Wenn die Konzentration an Xenon-135 ihren Betriebswert bei Voll-Last erreicht hat, bleibt das Ventil
12 geschlossen, und die Borsäure verbleibt in dem durch die Kammern 2, 3 und 4 gebildeten Kreislauf.
C. Übergang von Null-Last zu einer Teil-Last
des Reaktors
des Reaktors
Die Borsäure wird wie im FaIlA jedoch nur so lange eliminiert, bis ihre Konzentration im Hauptkreislauf
den Wert erreicht, der der Vergiftung durch Xenon-135 im Gleichgewichtszustand bei der gewünschten
Last entspricht. Um die Konzentration von Borsäure konstant zu halten, muß Borsäure in
den Hauptkreislauf in einer Menge eingeführt werden, die der durch die Reinigung eliminierten Borsäure
entspricht. Diese Zufuhr von Borsäure von dem Zwischen-Behälter 4 her wird durch geeignete
Öffnung des Drosselventils 12 geregelt.
D. Übergang von Voll-Last (Betriebszustand)
zur Null-Last des Reaktors
Man öffnet das Drosselventil 12 dergestalt, daß die Borsäure in geeigneter Menge von dem Zwischen-Behälter
4 zum Hauptkreis läuft.
E. Übergang von Voll-Last (Betriebszustand)
zu einer Teil-Last des Reaktors
Das Ventil 12 wird wie im Fall D geöffnet, bis die gewünschte Borsäurekonzentration im Hauptkreis,
entsprechend der Vergiftung durch Xenon-135 im Gleichgewichtszustand bei der betrachteten Teil-Last
des Reaktors, erreicht ist. Sodann wird die Öffnung des Drosselventils 12 dergestalt geregelt werden, daß
man die erforderliche Zufuhr von Borsäure in den Hauptkreislauf erhält.
In der Praxis kann die Regelung der Einstellung der Ventile auf Grund der Meßwerte der Temperatur
des Primärwassers im Kern durchgeführt werden ao oder auf Grund der Stellung der Kontrollstäbe oder
auf Grund des Niveaus des Moderators im Kern oder, allgemeiner, auf Grund irgendwelcher Meßwerte,
die die Wirkung auf die Änderungen der Konzentration des Xenoneffekts angeben.
Claims (10)
1. Regelanlage zur Regelung eines Kernreaktors mit Hilfe eines neutronenabsorbierende, bei
Reaktorbetriebsbedingungen flüchtige Substanzen enthaltenden Strömungsmittels, das einen die
Spaltzone durchsetzenden Kreislauf durchströmt, bei der ein zu diesem Kreislauf parallelgeschalteter
Nebenkreislauf vorgesehen ist, in dem eine Destillationsvorrichtung angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der die Destillationsvorrichtung (2) verlassende Dampf zum Auswaschen der neutronenabsorbierenden
Substanzen in eine Waschkolonne (3) und die aus der Waschkolonne kommende, mit neutronenabsorbierenden
Substanzen beladene Waschflüssigkeit in einen Zwischen-Behälter (4) strömt,
der sowohl mit der Destillationsvorrichtung (2) als auch mit dem die Spaltzone durchsetzenden
Kreislauf (1) in Verbindung steht.
2. Regelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschkolonne (3) eine
Gegenstromanlage ist, in welcher dem die Spaltzone durchsetzenden Kreislauf (1) entnommene
Regelflüssigkeit dem die Destillationsvorrichtung verlassenden Dampf entgegenströmt.
3. Regelanlage nach Anspruch 1 oder 2 für einen Druckwasserreaktor, in dessen Reaktorgefäß
oberhalb des Reaktorkerns eine Druckkammer angeordnet ist, die teilweise mit Wasser gefüllt
ist und oberhalb des Wasserspiegels ein Dampfpolster aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Destillationsvorrichtung (2), die im Reaktorgefäß (21) angeordnet ist, mit dem unteren
Teil der Druckkammer (23) in Verbindung steht, und daß die Waschkolonne (3) und der Zwischen-Behälter
(4) sich innerhalb der Druckkammer befinden.
4. Regelanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Niveau der in der Druckkammer befindlichen Flüssigkeit höher als der Scheitel der Destillationsvorrichtung liegt.
5. Regelanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Waschkolonne
der darin befindliche Dampf in das Dampfpolster in der Kuppel der Druckkammer austritt.
6. Regelanlage nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Waschkolonne
speisende Strömungsmittel ein Teilstrom des Speisewassers der Druckkammer ist.
7. Regelanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zwischen-Behälter (4) mit einem Überlaufrohr (11) versehen ist und oberhalb des Scheitels
der Destillationsvorrichtung und unterhalb des Unterteils der Waschkolonne angeordnet ist.
8. Regelanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
als neutronenabsorbierende Substanz Borsäure vorgesehen ist.
9. Regelanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
sie zur Kompensation der Reaktivitätsänderungen auf Grund der Xenon-135-Vergiftung vorgesehen
ist.
10. Regelanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
sie zur Kompensation der Reaktivitätsänderungen auf Grund des Abbrandes des Spaltmaterials oder
Ansammlung von Spaltprodukten vorgesehen ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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1965
- 1965-08-12 GB GB34517/65A patent/GB1100767A/en not_active Expired
- 1965-08-17 CH CH1152765A patent/CH423016A/fr unknown
- 1965-08-18 BE BE668438A patent/BE668438A/xx unknown
- 1965-08-20 DE DES98955A patent/DE1298653B/de active Pending
- 1965-08-26 NL NL6511154A patent/NL6511154A/xx unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2917444A (en) * | 1956-05-14 | 1959-12-15 | Roger S Dreffin | Neutronic reactor control |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL6511154A (de) | 1966-02-28 |
| BE668438A (de) | 1966-02-18 |
| CH423016A (fr) | 1966-10-31 |
| GB1100767A (en) | 1968-01-24 |
| LU46845A1 (de) | 1966-02-28 |
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