DE2320091C3

DE2320091C3 - Kernreaktor, insbesondere Brutreaktor

Info

Publication number: DE2320091C3
Application number: DE2320091A
Authority: DE
Inventors: Kevin Macclesfield Cheshire Hunt (Grossbritannien); Peter 8551 Mittelehrenbach Rau
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-19
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1978-08-24
Also published as: US4003785A; FR2226727A1; BE813877A; FR2226727B1; DE2320091B2; DE2320091A1; GB1470830A; CA1017078A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor, insbesondere Brutreaktor, mit einer Unterhaus des Reaktorkernes angeordneten kühlbaren Wanne zum Auffangen des Reaktorkerns beim Schmelzen, wotx . kühlbare Flächen über den Spiegel der Schmelze hinausragen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 35 089 ist ein Kernreaktor bekannt bei dem unterhalb des Reaktordruckbehälters eine Wanne vorgesehen ist die den Kern im Falle des Kernschmelzens auffangen und kühlen soll. Die Wanne enthält ein Rohrsystem, an das ein oberhalb der Wanne liegender Wasserbehälter einerseits und eine Steigleitung andererseits angeschlossen ist die den Wasserbehälter noch überragt. Erwärmt der geschmolzene Kern das Wasser im Rohrsystem der Wanne, so tritt aus dem offenen Ende der Steigleitung Dampf aus, während aus dem Behälter Wasser nachließt Dadurch ergibt sich eine Kühlung der Wanne mit dem geschmolzenen Kern. Die Dauer und Intensität der Kühlung ist jedoch begrenzt, zumal über die Ableitung der mit dem Dampf transportierten Wärme nichts gesagt wird und man daher annehmen muß, daß die Wärme in dem als Betonkonstruktion dargestellten « Reaktorgebäude verbleiben soll. Die bekannte Kühlung ist somit auf Reaktoren geringer Leistung beschränkt.

Di«! Erfindung richtet sich dagegen auf leistungsstarke Kernreaktoren, insbesondere Brutreaktoren, bei denen die Masse des Kerns und die darin entwickelte Wärme wi und Nachtwärme so groß sind, daß eine Kühlung der Wanne an ihrer Unterseite und den Handflächen unter Umständen nicht mehr ausreicht, insbesondere deshalb, weil die Wärmeleitung, die für die Wärmeabfuhr bisher praktisch ausschließlich bestimmend ist, mit wachsender *■-, Sumpftiefe der Schmelze im Verhältnis zur Wärmeentwicklung kleiner wird. Für diesen Fall sucht die Erfindung eine Möglichkeit zur Intensivierung der Kühlung, die mit relativ geringem Aufwand zu verwirklichen ist

Durch die DE-OS 17 64306 ist weiterhin eine Einrichtung zur Kühlung von Kembruchstücken bei einem schnellen Brutreaktor bekannt, bei der kühlbare Flachen eines im wesentlichen wannenförmigen Core Catchers über den Spiegel der Schmelze hinausragen. Dieser bekannte gasgekühlte Reaktor verwendet CO₂ oder Helium als Kühlmittel, das auch im Falle des Kernschmelzens die Kühlung übernehmen, soll, was jedoch problematisch ist, da durch die Kemscämelze Kühlkanäle zumindest teilweise zugesetzt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine intensive Kühlung der Kernschmelze auch dann zu gewährleisten, wenn die Kühlung des für den Normalbetrieb verwendeten gasförmigen Kühlmediums nicht mehr oder nicht mehr ausreichend ermöglicht ist Insbesondere liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, die Kühlung der Kernschmelze mir relativ geringem Aufwand zu intensivieren und die noch verbleibenden Konstruktionsteile des Kernreaktors oberhalb der Kernschmelze vor Strahlung und Wärmeeinwirkung zu schützen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Kernreaktor der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß ein Teil der kühlbaren Flächen einzelne über den Querschnitt der Wanne verteilte Säulen sind, die eine- Wärmeabschirmung tragen. Die Wärmeabfuhr erfolgt demnach nicht mehr nur auf dem Wege von der Unterseite der Schmelze über die Wanne und das in dieser vorgesehene Kühlmedium, sondern auch von der Oberseite der Schmelze her. Die dort bei hohen Temperaturen wirkende Wärmestrahlung, die normalerweise nach oben auf die Tragstrukturen des Reaktorkerns wirken würde, wird von den kühlbaren Flächen über dem Spiegel der Schmelze aufgenommen. Man vermeidet dadurch, daß die für das Tragen des Kerns vorgesehenen kräftigen Konstruktionselemente so weit erhitzt werden, daß sie in die Schmelzwanne stürzen und dadurch womöglich .noch Schäden am Kühlsystem der Schmelzwanne verursachen.

Insbesondere kann man die über dem Spiegel der Schmelze gelegenen Kühlflächen der Wärmeabschirmung dachähnlich oberhalb der Schmelze anordnen, so daß eine besonders intensive Abschirmung der über der Schmelze liegenden Konstruktionsteile erhalten wird.

Mit der Abschirmung kann erreicht werden, daß das Kühlsystem durch die beim Schmelzen des Kerns herabfallenden Teile nicht beschädigt wird. Für mehrere Säulen kann man eine gemeinsame Abschirmung vorsehen, so daß bestimmte, für das Eintreten der Schmelze in die Wanne ausreichende Spalten entstehen. Die Abschirmung selbst wird zweckmäßig ungekühlt ausgeführt. Sie kann insbesondere schmelzbar sein, um eine gewisse Wärmeaufnahme vor der eigentlichen Kühlung zu erreichen und um bestimmte Abmessungen von Wanne und Abschirmung für den Normalbetrieb einerseits und den Durchtritt der Schmelze andererseits einhalten zu können.

Die Wanne selbst kann, in der gleichen Art wie in der genannten Offenlegungsschrift 20 35 089 beschrieben, kühlbar sein. Sie kann auch mit Leitungen zur Intensivierung der Wärmeabgabe nach außen ausgeführt werden, wie in der Patentanmeldung P 22 34 782.6 vorgeschlagen wird. Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Wanne gemäß der weiteren Erfindung aus einzeln kühlbaren Elementen zusammengesetzt ist. Mit

einsein kühlbar ist gemeint, daß die WandflSche der Wanne in kleine räumliche Bereiche unterteilt ist, die jeweils ein eigenes Kollisystem besitzen. Dies sorgt dafür, daß der Ausfall einzelner Kühlmittelleitungen die Kühlung insgesamt nur unwesentlich beeinträchtigt

Anhand der Zeichnung werden im folgenden einige Ausführungsbeispiele beschrieben.

In den Fig. 1 und 2 ist in einem Längsschnitt und einem Querschnitt ein Teil eines aus Beton bestehenden Reaktordruckbehälters 1 für einen gasgekühlten schneilen Brutreaktor gezeichnet, der mit einer metallischen Auskleidung 2 versehen ist Auf dieser sitzt innen eine Wärmeisolierung 3. Der Reaktordruckbehälter enthält Kohlendioxid (CO₂) oder Helium (He) als Kühlmittel, das z. B. unmittelbar eine Gasturbine treiben kann.

Beim Ausführungsbeispiel ist nur der untere Teil des Reaktordruckbehälters 1 gezeichnet Dort befindet sich unterhalb des nicht weiter dargestellten Reaktorkerns eine Wanne 6 zum Auffangen der Kernschmelze für den Fall, daß der Kern bei überhitzung flüssig wird. Die Wanne 6 besteht z. B. aus Graphit Sie besitzt die aus der F i g. 2 ersichtliche Ringform, wobei zwei einander zum Teil überdeckende ringförmige Dachpartien 7 und 8 einen Spalt 10 einschließen, durch den die Schmelze in den Innenraum 12 der Wanne 6 gelangen kann.

Wie man sieht ist die Wanne 6 mit einer Tragstruktur 13 abgestützt die aus Balken 14 und wärmeisolierenden Stützklötzen 15 besteht Daraus ergibt sich ein Zwischenraum 18, in dem Kühlsysteme 19 angeordnet sind. Die Kühlsysteme 19 sind gleich ausgebildet Sie umfassen jeweils zwei Sammelleitungen 20 und 21. Von diesen führen einzelne Kühlmittelleitungen 29 in die Verschiedenen, dem Innenraum 12 der Wanne benachbarten Wannenteile. Das Kühlmittel kann z. B. Wasser sein. Es können aber auch höhersiedende Stoffe verwendet werden.

Nach der Erfindung erstreckt sich die Kühlung nicht nur auf den Wannenboden 22, sondern auch auf die vertikalen Flächen 23 und 24, die über den höchsten denkbaren Spiegel 30 der Schmelze hinausragen, sowie auf die Unterseite 25 und 26 der Abschirmungen 7 und 8. Des weiteren sind über den Wannenboden verteilt Stützrohre 27 und 28 vorgesehen, die die Abschirmungen 7 und 8 tragen und ebenfalls gekühlt werden. Man erhält dadurch großflächige Kühlungsmöglichkeiten oberhalb des strichpunktiert angedeuteten Spiegels 30 der Schmelze. Dies führt dazu, daß die Wärme der Schmelze nicht nur durch den Boden der Wanne abgeführt werden muß, sondern auch in Form von Strahlungswärme aufgenommen werden kann, die sonst die über dem Schmelzspiegel 30 liegende Flächen errreicht und dort zu Schäden führt

In den Fig.3 und 4 sind zwei Einzelelemente gezeichnet die zum Aufbau der Wanne und zur Bildung der über den Schmelzspiegel liegenden Kühlflächen dienen können. Man erkennt wiederum die Auskleidung 2 und die Isolierung 3 des nicht gezeichneten Reaktordruckbehälters, auf der im Querschnitt sechsekkige Kühlkörper 35 so dicht nebeneinander angeordnet sind, daß sie zusammen den Boden der Wanne 6 bilden.

Die Kühlkörper 35 umfassen ein wärmeisolierendes Stützrohr 36 mit einem Metall- oder Graphitktotz 37. In der Mitte dieses Klotzes ist ein doppelwandiges Rohr 40 vorgesehen. Es bildet einen inneren Kanal 41 zur Zuführung von Kühlmittel und einen äußeren Ringkanal 42, durch den das Kühlmittel abströmen kann. Mit Hilfe eines Verteilerkopfes 44 wird das Kühlmittel direkt an einen äußeren Überzug 45 gelenkt, der praktisch den gesamten Verteilerkopf umgibt. Die für die Übertragung von Kräften notwendige Unterstützung des Überzuges 45 wird durch nicht weiter dargestellte Rippen 46 erreicht Abgesehen von diesen Rippen ist jedoch praktisch die gesamte Fläche des Überzuges 45 gekühlt so daß eine intensive Wärmeabfuhr stattfindet

In den Bodenbereich 22 einer Schmelzwanne 6, der aus den Kühlkörpern 35 als Elementen gebildet wird, sind erhöhte Säulen 50 eingesetzt, di.i in F i g. 4 in einem Längsschnitt näher zu sehen sind, ße; ihnen ist die Führung des Kühlmittels durch einen verlängerten Strömungskörper 51 über den Spiegel 30 der Schmelze in die Höhe gezogen. Dadurch wird die oberhalb des Schmelzspiegels herrschende Wärmestrahlung aufgefangen und abgeführt bevor sie auf Tragteile des Kerngerüstes einwirken kann.

Die Oberseite der Säulen 50 ist mit einem Schildkörper 55 abgedeckt, der gleichfalls aus Graphit bestehen kann und zweckmäßig mit einer metallischen Abdeckung 56 versehen ist. Der Schild 55 ist mit einer geeigneten Ausnehmung 57 auf einen Dorn 58 aufgesteckt der im Ober teil 59 der Säule 50 befestigt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist die Wanne wiederum aus einzelnen, im Querschnitt sechseckigen Elementen 60 zusammengesetzt. Die Elemente besitzen neben den konzentrischen Rohren 61, 62 und 63, mit denen Kühlkanäle gebildet werden, einen Hohlraum 65 zur Aufnahme der Schmelze. Dieser Hohlraum ist mit einem verengten Eingang 66 versehen, weif am oberen Ende der Rohre ein beispielsweise aus Graphit bestehender Mündungskörper 67 angebracht ist. Über der Öffnung 66 sitzt ein Schild 68, das mit Rippen 69 befestigt ist. Hier sind also die die Wanne 6 bildenden Elemente zugleich die Säulen, deren Kühlflächen über den Spiegel der Schmelze hinausragen.

Dabei kann man durch Verbindungen zwischen den Hohlräumen 65 der einzelnen Elemente 60 dafür sorgen, daß sich in allen Elementen 60 etwa ein gleich hoher Schmelzspiegel einstellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Kernreaktor, insbesondere Brutreaktor, mit einer unterhalb des Reaktorkerns angeordneten kühlbaren Wanne zum Auffangen des Reaktorkerns beim Schmelzen, wobei kühlbare Flächen über den Spiegel der Schmelze hinausragen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der kühlbaren Flächen einzelne über den Querschnitt der Wanne (6) verteilte Säulen (27, 28, 50) sind, die eine Wärmeabschirmung (7) tragen.

2. SCernrekator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrere Säulen (27, 28) eine gemeinsame Abschirmung (7) vorgesehen ist

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekenn- is zeichnet, daß die Abschirmung ungekühlt insbesondere schmelzbar ist

4. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Wanne (6) aus einzeln kühlbaren Elementen (35) zusammengesetzt ist

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet äää die Elemente (60) miteinander verbundene Taschen (65) aufweisen (F i g. 5).

6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die über dem Spiegel der Schmelze gelegenen Kühlflächen der Wärmeabschirmung dachähnlich oberhalb der Schmelze angeordnet sind.

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