DE1589656C - Atomkernreaktor mit einem Moderatorbehälter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor mit einem Moderatorbehälter, mit diesen durchquerenden, die Brennstoffelemente aufnehmenden Druckrohren und mit einem rund um den Moderatorbehälter angeordneten biologischen Abschirmungsgefäß, von dem mindestens eine Wand von Verlängerungen der Druckrohre durchsetzt ist, wobei durch die Seitenwand des Abschirmungsgefäßes Durchtrittsöffnungen für Kühlmittelleitungen geführt sind.

Kernrekatoren dieser Art sind in der deutschen Patentschrift 1 127 505 und in der schweizerischen Patentschrift 364 564 beschrieben. Der wesentliche Nachteil dieser bekannten Kernreaktoren liegt darin, daß die Durchtrittsöffnungen für die verschiedenen die Wandungen des Abschirmungsgefäßes durchquerenden Bauelemente eine wesentliche Schwächung der biologischen Schutzwirkung durch dieses Abschirmungsgefäß zur Folge haben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor der eingangs erwähnten Art in der Weise weiterzubilden, daß an jeder Stelle rund um den Kernreaktor eine ausreichende biologische Abschirmung gewährleistet ist, ohne daß dazu die Abmessungen des Kernreaktors vergrößert werden müssen oder dessen Aufbau kompliziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise zwischen dem Moderatorbehälter und den Durchtrittsöffnungen für die Kühlmittelleitungen eine dem Boden des Moderatorbehälters parallele biologische Schutzmauer eingesetzt ist, daß dieselbe in ebenfalls an sich bekannter Weise aus mehreren Lagen nebeneinander angeordneter Blöcke aus einem neutronenabsorbierenden Material besteht und daß diese Blöcke auf den Verlängerungen der Druckrohre abgestützt und senkrecht zu den Druckrohren von mindestens einer Serie von einander parallelen, Moderator enthaltenden Leitungen durchquert sind.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung der oben gestellten Aufgabe wird also zum einen von der aus der französischen Patentschrift 1 412 008 oder der schweizerischen Patentschrift 365 305 für Kernreaktoren mit Druckrohren bekannten Maßnahme der Anordnung einer dem Boden des Moderatorgefäßes parallelen biologischen Schutzmauer zwischen dem Moderatorbehälter und den Durchtrittsöffnungen für die Kühlmittelleitungen und zum anderen von der aus der deutschen Auslegeschrift 1 103 552 für Kernreaktoren mit festem Moderator bekannten Bauweise für den Moderatorstapel in Form mehrerer Lagen nebeneinander angeordneter Blöcke aus einem Neutronen absorbierenden Material Gebrauch gemacht.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Kernreaktors werden die vom Reaktorkern ausgehenden Strahlen von der Schutzmauer entweder durch Absorption in ihren Blöcken oder durch Verzögerung in dem Strömungsmedium vor Erreichen der Öffnungen in der Betonwand abgefangen. Außerdem läßt sich die Schutzmauer leicht aufbauen, da ihre Blöcke einander ähnlich sind und ihr Zusammenbau gleichzeitig mit dem Einbau der Verlängerungen der Druckrohre erfolgen kann. Weiterhin ermöglicht es die Anordnung der Blöcke in übereinandergeschichteten Lagen, die von den Verlängerungen der Druckrohre getragen werden, auf erhebliche Spielräume für die Ausdehnung zu verzichten, und schließlich kann der innere Kreislauf des Kühlmittels im Bedarfsfalle eine hinreichende Kühlung sicherstellen. Insgesamt erhält man also durch die erfindungsgemäße Ausbildung ohne Vergrößerung der größeren Abmessungen des Kernreaktors einen wirksamen Schutz gegen Neutronen für die den Kernreaktor benachbarten Räume. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Horizontalschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Kernreaktor,

F i g. 2 eine Einzelheit der Schutzmauer des Kernreaktors von F i g. 1 in perspektivischer Darstellung und größerem Maßstab,

F i g. 3 einen Längsschnitt, ebenfalls in großem Maßstab, durch die Anordnung der Schutzmauer vor dem Boden des Moderatorbehälters,

F i g. 4 in einem Vertikalschnitt eine Ausführungsvariante für einen solchen Kernreaktor und

F i g. 5 den gleichen Reaktor in einem Schnitt entlang der Schnittlinie I-I in F i g. 4.

Der in der F i g. 1 dargestellte Kernreaktor besitzt

ao im Innern eines Schutzgefäßes, das in der Figur nicht sichtbar ist, einen mit einem flüssigen Moderator gefüllten und von horizontalen, Brennstoffpatronen enthaltenden Kanälen 4 durchsetzten Behälter 2. Rund um den Behälter 2 ist ein vorzugsweise aus.

Beton bestehendes Abschirmgefäß 6 herumgelegt, das die biologische Abschirmung der benachbarten Räume gegenüber von dem Reaktorkern ausgehender Strahlung gewährleistet. Die Reaktorkanäle 4 bestehen aus Druckrohren 4 a, die sich durch die Wandung des Behälters 2 und jenseits davon bis zu den Wänden 6 a und 6 b des Abschirmungsgefäßes 6, dieLade- und Entladeflächen für die Brennstoffelemente bilden, in Strahlrohren 4 b fortsetzen, die im folgenden als Druckrohrverlängerungen bezeichnet werden sollen.

Leitungen 8 für den Durchgang eines Kühlmittels verbinden Sammler 10 für den Eintritt und den Austritt des Kühlmittels, die außerhalb des Abschirmgefäßes 6 liegen, mit den Druckrohrverlängerungen 4 b. Die Leitungen 8 durchqueren das Abschirmungsgefäß 6 durch eigens zu diesem Zweck vorgesehene Öffnungen 12, deren Zahl bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel vier beträgt, nämlich zwei je Behälterboden, und die die der Ladefläche benachbarte Wand durchstoßen.

Zwischen den Öffnungen 12 und dem Behälter 2, d. h. zwischen dem Behälter 2 und den Anschlußstellen der Leitungen 8 an die Verlängerungen 4 b der Druckrohre 4a, ist eine Schutzmauer 14 angeordnet, welche die von dem Reaktorkern ausgehende Strahlung vor dem Erreichen der Öffnungen 12 abfängt.

Die Schutzmauer 14 (Fig. 2) weist mehrere Lagen von übereinanderliegenden Einzelblöcken 16 aus einem Neutronen absorbierenden Material, wie z. B. aus Gußeisen oder einem anderen analogen Metall, auf, die einer über dem anderen angeordnet sind. Die Blöcke 16 haben vorzugsweise die gleiche Tiefe wie die Schutzmauer 14 und eine Dicke, die der halben Höhe, welche die Achsen der Verlängerungen 4 b zweier benachbarter Druckrohre 4a voneinander trennt, d. h. der halben vertikalen Schrittweite zwischen den Kanälen 4 entspricht. Jeder der Blöcke 16 besitzt auf seiner einen Oberfläche 17 zueinander parallele, halbzylindrische Rinnen 18, deren Durchmesser und gegenseitiger Abstand denen der Verlängerungen 4 δ der Druckrohre 4 α entsprechen, und auf seiner gegenüberliegenden Oberfläche 15 weitere,

zu den ersten Rinnen 18 senkrecht verlaufende ebenfalls halbzylindrische Rinnen 20.

Die Blöcke 16 werden paarweise durch Schrauben 21 oder ein dazu analoges Mittel in der Weise zusammengehalten, daß sich ihre Rinnen 20 um die Rohre 22 des Kreislaufs für den Moderator, der gegebenenfalls gleichzeitig der Wärmeübertragung dient und beispielsweise aus Wasser besteht, herumlegen, und sind Seite an Seite, jedoch mit einem geringen, seitliche Ausdehnungen ermöglichenden Spiel 23 zu einer fortlaufenden Lage zusammengefügt. Am Ende einer solchen Lage sind die Rohre 22 vorzugsweise miteinander und mit denen der benachbarten Lage über in der Zeichnung nicht dargestellte Rohre mit kleinem Durchmesser verbunden, wobei die erste Lage beispielsweise mit der letzten Lage in der Weise verknüpft ist, daß ein geschlossener Kreislauf entsteht. Jede dieser Lagen wird von einer Reihe von Verlängerungen 4 b von Druckrohren 4 a getragen, wobei die einzelnen Lagen durch einen kleinen Abstand 24 voneinander getrennt sind, der thermische Ausdehnung zuläßt. Jedoch sind zwischen die Verlängerungen 4 b der Druckrohre 4 a und die Rinnen 18 in den Blöcken 16 in der Zeichnung nicht dargestellte Flechtwerke aus Asbest, aus Kieselerde oder einem anderen thermischen Isoliermaterial eingefügt, um die Wärmeübertragung zu begrenzen.

Die Nachbarseiten 17 und 19 jedes der Blöcke 16 weisen vorzugsweise Versetzungen 26 und 27 (F i g. 2 und 3) gegenüber den vertikalen bzw. den horizontalen Trennebenen zwischen benachbarten Blöcken 16 auf. Diese Versetzungen verhindern den Durchtritt von Strahlung durch die Zwischenräume 23 und 24 und erleichtern das Einsetzen der Blöcke 16. Der Moderatorbehälter 2 wird von seitlichen Schutzschirmen 20 umgeben, die aus vorzugsweise durch den Umlauf eines der Wärmeübertragung und gegebenenfalls als Moderator dienenden Strömungsmediums, z. B. Wasser, gekühlten Kästen bestehen und die beiden Schutzmauern 14 rund um den Moderatorbehälter 2 verbinden. Die Schutzschirme 30 sind in der Nähe der Wandung des Abschirmungsgefäßes 6 und parallel dazu zwischen den Öffnungen 12 angeordnet, während die Schutzmauern 14 zwischen dem Moderatorbehälter 2 und die Öffnungen 12 eingefügt sind. Zwei ringförmige Halbschachteln von der Konstruktion der seitlichen Schutzschirme 30 ähnlichem Aufbau verbinden die Schutzmauern 14 mit den Schutzschirmen 30.

Das in den Rohren 22 in den Schutzmauern 14 enthaltene Strömungsmedium kann das gleiche sein wie das in den seitlichen Schutzschirmen 30 und den ringförmigen Halbschachteln; in diesem Falle sind dann die Enden der Rohre 22, ohne unter sich verbunden zu sein, unmittelbar an die Halbschachteln angeschlossen.

Die in der Nähe des Reaktorkernes, d. h. des Moderatorbehälters 2, liegenden Räume werden auf diese Weise einerseits durch die Seitenwände des Abschirmungsgefäßes 6, die ihrerseits thermisch durch die Schutzschirme 30 geschützt werden, und andererseits an jedem von deren Enden durch die Schutzmauern 14 geschützt, die einen Austritt von Strahlung durch die Öffnungen 12 verhindern. In den Schutzmauern 14 werden die Neutronen durch das Strömungsmedium verlangsamt oder durch das Material der Blöcke 16 absorbiert bzw. gewährt die Kombination dieser beiden Vorgänge einen wirksamen Schutz.

Ein solcher Schutz ist um so leichter zu realisieren, als die Blöcke 16 im Augenblick der Montage der Verlängerungen 4 b der Druckrohre 4 a geformt und zusammengebaut werden können, indem man einfach Lagen von zwei Blöcken auf den Verlängerungen der Druckrohre aufschichtet.

In manchen Fällen kann es von Vorteil sein, das Verhältnis des Moderators gegenüber der Masse des absorbierenden Matriais zu vergrößern; dann versieht man die Blöcke 16 mit zu beiden Serien von Rinnen 18 und 20 senkrechten Bohrungen 28, die nach Übereinanderschichtung der einzelnen Lagen jeweils in Verlängerung zueinander liegen und fortlaufende Kanäle für Leitungen bilden, die ein Strömungsmedium aufnehmen, das das gleiche wie das des ersten Kreislaufs oder auch ein davon verschiedenes Strömungsmedium sein kann.

Eine solche Anordnung läßt sich insbesondere bei einem Reaktor verwenden, wie er in den Fig.4 und 5 dargestellt ist, bei dem der Aufbau des Daches des Betonschutzbehälters 36 die Einbringung von vertikalen Rohren ermöglicht. Die beiderseits des Moderatorbehälters 2 angebrachten Schutzmauern 34 setzen sich jenseits davon in zu den Blöcken 16 analogen Blöcken 32 fort, die jedoch lediglich Rinnen 20 für den Durchtritt von Rohren mit Moderator und gegebenenfalls Bohrungen für den Durchtritt eines zweiten Strömungsmediums aufweisen und an ihrem Rande mit der Betonwand des groß dimensionierten Behälters 36 in Verbindung stehen, der außer dem Reaktorkern eine Einrichtung 37 zum Beladen und Entladen des Reaktorkerns umschließt. Zwischen den Schutzmauern 34 sind vor den Seitenwänden des Behälters 36 seitliche thermische Schutzschirme 38 angebracht, die nicht an den Schutzmauern 34 befestigt sind, und die Enden der Druckrohre 4 a ruhen nach dem Durchtritt durch die Schutzmauern 34 auf einer Fassadenplatte 40, die relativ dünn ist, aus Metall oder jedem dazu analogen Material bestehen kann und eine Ladefläche bildet.

Außerhalb des Behälters 36 sind vertikal gerichtete Kollektoren 44 für das Kühlmittel für den Reaktorkern angeordnet, während Rohre 46 ebene Lagen bilden, welche die Seitenwände des Behälters 36 durch Öffnungen 42 hindurch durchqueren, die zwischen der Schutzmauer 34 und der Fassadenplatte 40 liegen.

Bei einer Ausführungsvariante sind die die Schutzmauer 34 beiderseits des Moderatorbehälters 2 verlängernden Blöcke 32 durch Abschirmungen in Wasserkastenbauart ersetzt.

Selbstverständlich lassen sich an den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen zahlreiche Abwandlungen vornehmen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, und insbesondere kann ein Kreislauf für den Moderator durch die Rohre 22 und gegebenenfalls die seitlichen Schutzschirme hindurch geschaffen werden, indem man die Endrohre dieses Kreislaufs außerhalb der Schutzmauern und der Schutzschirme mit Steuermitteln für einen solchen Kreislauf, wie z. B. einer Pumpe oder einem Gebläse, verbindet. Dieser Kreis kann außerdem mit Mitteln zur Wärmeabfuhr versehen werden, wobei der Moderator gleichzeitig die Rolle eines Wärme übertragenden Mediums übernimmt.

Außerdem können die Kanäle des Reaktors vertikal verlaufen, der durch die zwischen den Moderatorbehälter und die Durchtrittsöffnunoen in dem Ab-

schinnungsgefäß eingefügten Mauern erzielbare Schutz ist auch dann äußerst wirkungsvoll und leicht zu realisieren.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einem Moderatorbehälter, mit diesen durchquerenden die Brennstoffelemente aufnehmenden Druckrohren und mit einem rund um den Moderatorbehälter angeordneten biologischen Abschirmungsgefäß, von dem mindestens eine Wand von Verlängerungen der Druckrohre durchsetzt ist, wobei durch die Seitenwand des Abschirmungsgefäßes Durchtrittsöffnungen für Kühlmittelleitungen geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwischen dem Moderatorbehälter und den Durchtrittsöffnungen (12) für die Kühlmittelleitungen eine dem Boden des Moderatorbehälters parallele biologische Schutzmauer (14) eingesetzt ist, daß dieselbe in ebenfalls an sich bekannter Weise aus mehreren Lagen nebeneinander angeordneter Blöcke (16) aus einem Neutronen absorbierenden Material besteht, und daß diese Blöcke (16) auf den Verlängerungen (4 b) der Druckrohre (4 a) abgestützt und senkrecht zu den Druckrohren von mindestens einer Serie voneinander parallelen, Moderator enthaltenden Leitungen (22) durchquert sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzmauer (14) von zwei zueinander und zu den Verlängerungen (4 b) der Druckrohre (4 a) senkrechten Serien von Moderator enthaltenden Leitungen (22 und 28) durchzogen ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzmauer (14) bildenden Blöcke (16) jeweils auf einer Oberfläche eine erste Serie von halbzylindrischen Rinnen (18) mit den Verlängerungen (4 b) der Druckrohre (4 a) gleichem Durchmesser und auf der entgegengesetzten Oberfläche eine zu der ersten Serie senkrecht verlaufende zweite Serie von halbzylindrischen Rinnen (20) aufweisen und derart paarweise zusammengefügt sind, daß die Rinnen der zweiten Serie die Moderator enthaltenden Leitungen (22) umgeben und die Rinnen der ersten Serie mit den Verlängerungen der Druckrohre in Berührung kommen.

4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke (16) zwischen den Rinnen (18 und 20) dazu senkrecht verlaufende Bohrungen (28) aufweisen, die zusammen mit denen benachbarter Elemente Leitungen zur Aufnahme eines zweiten Strömungsmittelkreislaufes bilden.

5. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den Verlängerungen (4 b) der Druckrohre (4 a) senkrechten Rinnen (20) Kanäle zur Aufnahme der die gesamte Schutzmauer (14) durchquerenden Leitungen (22) begrenzen.

6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schutzmauer (34) an ihrem Rande rund um die auf die Verlängerungen (4 b) der Druckrohre (4 a) abgestützten Blöcke (16) in weiteren, dazu analogen, lediglich von den Leitungen (22) für den Moderator durchquerten Blöcken (32) fortsetzt.

7. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schutzmauer (34) an ihrem Rande rund um die auf die Verlängerungen (4 b) der Druckrohre (4 a) abgestützten Blöcke (16) in einer Abschirmung in Wasserkastenbauart fortsetzt.

8. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzmauern (14) rund um den Moderatorbehälter (2) herum über seitliche thermische Schutzschirme (30) miteinander verbunden sind.

9. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schutzmauer (34) an ihrem Rande mit dem Abschirmungsgefäß (6) in Berührung steht, in dem der Moderatorbehälter (2) angeordnet ist.

10. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Moderator gleichzeitig als Wärme übertragendes Medium dient.

11. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke (16) aus Metall bestehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen