DE2634295A1

DE2634295A1 - Kernreaktoranlage

Info

Publication number: DE2634295A1
Application number: DE19762634295
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl Ing Schabert
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-07-30
Filing date: 1976-07-30
Publication date: 1978-02-02
Also published as: JPS5316188A; DE2634295B2; CH622053A5; US4297167A; FR2360156A1; GB1549570A; DE2634295C3

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Kernreaktoranlage

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage mit einer unter dem Erdreich eines Hügels liegenden Betonzelle für den Einschluß aktivitätsführender Komponenten. Eine solche Kernreaktoranlage ist zum Beispiel in der Zeitschrift "Atomwirtschaftⁿ, Juli/August 1975» Seiten 363 bis 366, beschrieben. Hier sind jedoch keine näheren Angaben über die räumliche Gestaltung gemacht.

Ferner ist zu dem gleichen Thema ein Aufsatz mit dem Titel "Underground Siting of Nuclear Power Reactors" erschienen, der für ein Symposium in Wien vorbereitet worden ist. In diesem Aufsatz ist in Fig. 1 eine Kernreaktoranlage gezeichnet, bei der nicht nur der Kernreaktor im Erdreich angeordnet ist, sondern auch die von diesem versorgte Maschinenhalle. Allerdings ist die Ausbildung der Maschinenhalle nur angedeutet. Man erkennt jedoch, daß es sich dabei um ein leichtes Bauwerk handelt, dessen Volumen mindestens die gleiche Größenordnung wie die Betonzelle mit den aktivitätsführenden Komponenten hat.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Kernreaktoranlagen der oben genannten Art mit geringem Aufwand sicherheitstechnisch zu verbessern. Es soll eine Bauweise erhalten werden, die weniger anfällig gegen Störungen und für den Fall von Störungen weniger empfindlich gegen Folgeschäden ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß im Erdreich mindestens eine

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weitere Betonzelle (Nebenzelle) getrennt von der ersten Zentralzelle) angeordnet ist, die ein Vierzigstel des Volumens der Zentralzelle oder weniger, vorzugsweise ein Zweihundertstel aufweist und mindestens überwiegend schalenförmig ausgebildet ist, und daß die Nebenzelle Sekundär-, Hilfs- oder Nebenanlagen enthält. Dies steht scheinbar in Widerspruch zu der Forderung nach eine« geringen Aufwand, zumal man glauben könnte, daß durch die unterirdische Bauweise im Erdreich eines Hügels ohnehin bereits ein praktisch vollständiger Schutz zumindest gegen Folgeschäden von Störungen gegeben ist. Tatsächlich aber ermöglicht die Aufteilung von Sekundär-,Hilfs- oder Nebenanlagen auf weitere getrennte Betongebäude erst ein vollständiges Ausnutzen der mit der unterirdischen Bauweise verbundenen erhöhten Sicherheit, wie später noch näher deutlich wird.

Mit getrennt ist in diesem Zusammenhang gemeint, daß die einzelnen Betongebäude "schwimmend¹¹ angeordnet sind, so daß sie Erdbewegungen unabhängig voneinander folgen können. Insbesondere kann dies durch dazwischen liegende Rohre oder Kanäle sichergestellt sein, die mit beweglichen Anschlüssen versehen sind, wie noch beschrieben wird. Eine solche Trennung liegt zwar auch bei der Maschinenhalle nach dem oben angeführten Aufsatz vor. Diese Maschinenhalle ist aber nicht nur wesentlich größer als die Nebenzellen gemäß der Erfindung. Sie ist auch als rein

J.5 rechtwinkliges Gebäude mit ebenen Wänden in keiner Weise schalenförmig ausgebildet. Deshalb ist die bekannte Maschinenhalle wenig widerstandsfähig gegen äußere und innere Drücke. Hierauf kommt es aber bei der Erfindung wesentlich an, wie ebenfalls später noch näher ausgeführt wird.

Bei einer besonders wichtigen Ausführungsform der Erfindung liegt die Nebenzelle im Zuge einer Leitung, mit der Energie aus dem Hügel abgeführt wird und sie enthält eine Absperrarmatur für die Leitung. Auf diese Weise gelingt es, den mit der Betonzelle gegebenen Einschluß der aktivitätsführenden Komponenten im Zuge der Leitung sicher abzusperren, denn im Gegen-

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satz zu einer Anordnung von Armaturen innerhalb der Zentralzelle ist es ausgeschlossen, daß Armaturen in der Nebenzelle bei Störfällen in der Zentralzelle beschädigt oder sonst wie außer Betrieb gesetzt werden. Der durch die unterirdische Bauweise besonders sicher erstellte Einschluß wird also gemäß der Erfindung durch die Anordnung zusätzlicher Nebenzellen auch für den Fall der Leitungen, die aus der Zentralzelle herausführen, zusätzlich abgesichert.

Die vorgenannte Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn die Zentralzelle Teil eines sogenannten Doppel-Containments ist. Für diesen Fall ist vorgesehen, daß die Zentralzelle eine dichte Sicherheitshülle für den Einschluß aktivitätsführender Komponenten mit Zwischenraum umgibt, von denen die Leitung ausgeht, und daß außer der Absperrarmatur in der Nebenzelle ein weiterer Abschluß in der Sicherheitshülle und/oder im Zwischenraum zwischen Sicherheitshülle und Zentralzelle vorgesehen ist. Der weitere Abschluß in der Sicherheitshülle kann bei einem Druckwasserreaktor schon von den Dampferzeugerrohren gebildet werden, die bekanntlich das aktivierte Primärkühlwasser von dem praktisch aktivitätsfreien SekundärkUhlmittel trennen. Man kann aber auch zusätzliche Absperrarmaturen vorsehen und zwar nicht nur innerhalb der Sicherheitshülle und außerhalb der Zentralzelle, sondern auch noch im Zwischenraum, so daß die größtmögliche Sicherheit gegen das Freisetzen von Aktivitätsträgern gegeben ist.

Die Nebenzelle besitzt vorteilhaft einen in das Erdreich des Hügels führenden Auslaß mit einem Querschnitt von mindestens Im². Damit kann erreicht werden, daß auch bei einem Bruch der Leitung in der Nebenzelle keine Überlastung vorstellbar ist, die etwa einen zu hohen Druck im Inneren der Nebenzelle und damit ihr Bersten verursacht. Der Auslaß kann als Ausblaseleitung ausgebildet sein, die mit einem im Inneren der Nebenzelle angeordneten, einseitig wirkenden Absperrorgan versehen ist. Unter Absperrorganen werden, dabei nicht nur Rückschlagklappen, sondern zum Beispiel auch Berstscheiben verstanden,

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die durch eine Stützkonstruktion in der einen Richtung einen kleineren Ansprechdruck als in der anderen aufweisen. Die Ausblaseleitung sollte in einer Kiesschüttung oder in Röhren münden, die in das Hügelinnere führen. Man kann damit die Einleitung von Gasen und Dämpfen, die sonst einen überdruck verur sachen würden, erleichtern, weil die Durchlässigkeit des HU-gelaaterials begrenzt ist. Ferner kann nan an eine solche Ausblaseleitung ein sekundäres Sicherheitsventil anschließen, um zum Beispiel bei einen überdruck in der abzusperrenden Leitung eine Entlastung zu erhalten. Durch eine solche Ausblaseleitung kann aber auch Energie zum Beispiel in Form von Dampf abgeführt werden, der bei einer Notkühlung des Kernreaktors erzeugt wird.

Die Erfindung kann vorteilhaft so weitergebildet werden, daß

für mehrere Absperrarmaturen mehrere getrennte Nebenzellen vorgesehen und räumlich um die Zentralzelle verteilt angeordnet sind. Vorzugsweise richtet sich die Zahl der Nebenzellen nach der Zahl der Leitungen, wobei es zweckmäßig ist, für Dampfkraft· werke die Frischdampfleitung einerseits und die Speisewasserleitung andererseits als einen Leitungsstrang aufzufassen, der durch eine gemeinsame Nebenzelle geführt wird. Man kann aber auch außer solchen speziell für die Absperrung vorgesehenen Nebenzellen auch weitere Nebenzellen vorsehen, in denen aus schließlich Hilfsanlagen zum Beispiel für die Notkühlung unter gebracht sind, oder aber Nebenanlagen, zum Beispiel Grundwasserfilteranlagen, wenn diese unabhängig von der Zentralzelle besonders gesichert untergebracht werden sollen.

Die Leitung zwischen der Zentralzelle und der Nebenzelle ist zweckmäßig mit beweglich abgedichteten Rohren umgeben. Dadurch soll nicht nur erreicht werden, daß die Leitung selbst vom Druck des Erdreichs von seinen Bewegungen freibleibt, sondern auch eine Zugänglichkeit für Inspektionen gegeben ist. Die mit Hilfe solcher Rohre, zum Beispiel Betonrohre, aufgebauten Kanäle, in denen die Leitungen verlaufen, sollen also mindestens kriechend für Überwachungspersonal zugänglich sein. Die Rohre sind zweckmäßig druckfest ausgebildet, wobei sich die Druckfestigkeit nicht nur nac^ de^L Gewicht des darüber liegenden

Erdreichs, sondern auch nach dem denkbaren Innendruck richtet, der etwa im Fall eines Leitungsbruchs entstehen kann. Die an Verbindungsstellen vorgesehenen elastischen Fugenanschlüsse können nicht nur durch die vorstehend erwähnten Dichtungen, sondern unter Umständen auch durch die Ausbildung der Verbindungsstellen selbst zum Beispiel in Form von Kugelgelenken erhalten werden. Dabei ist durch die bewegliche Abdichtung der Rohre, die mit nachgiebigen Dichtungsmaterialien, wie Gummi oder mit undurchlässigen Uberdeckungen in Form von Tonschichten oder auch Kunststoff planen erfolgen kann, dafür gesorgt, daß Relativbewegungen mindestens in dem Rahmen möglich sind, wie sie durch das Setzen des Erdreichs oder durch Erdbeben hervorgebracht werden können. Trotz dieser Abdichtungen sollten jedoch die Rohre und dabei entstehende Verbindungsöffnungen an Zentralzelle und Nebenzelle oberhalb des maximalen Grundwasserspiegels liegen.

Die Nebenzelle ist zweckmäßigerweise nur von außerhalb des Hügels, nicht aber von der Zentralzelle aus zugänglich. Dadurch soll erreicht werden, daß die Einwirkungen von Störfällen im Inneren der Zentralzelle nicht auf die Einrichtungen der Nebenzelle wirken können. Andererseits soll es auch unmöglich sein, daß über den Zugang zur Nebenzelle, etwa bei kriegerischen Handlungen oder Sabotage, keine Störungen in die Zentralzelle gegeben werden, die Aktivitäten freisetzen könnten.

Aus der Nebenzelle kann vorteilhaft ein Brunnen in Grundwasser führen, das üblicherweise unterhalb der Kernreaktoranlage vorhanden sein wird. Mit einem solchen Brunnen, der in der Nebenzelle geschützt und unbeeinflußt von der Aktivität in der Zentralzelle angeordnet ist, kann der Grundwasserspiegel beeinflußt werden, um damit eine Weiterverbreitung von Radioaktivität zu verhindern. Außerdem kann ein solcher Brunnen aber auch zur Not- und/oder Nachkühlung dienen. Zweckmäßigerweise sind mehrere redundante, räumlich getrennte Notkühleinrichtungen in den Nebenzellen untergebracht und strangweise Leitungen zugeordnet, die aus der Zentralzelle kommen.

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Der Hügel dient bei Anlagen nach der Erfindung zum Einschluß, mindestens aber zur Verzögerung von Aktivität, die hypothetisch bei einem Versagen

1. der Primärkomponente des Kernreaktors, 2. der diese einschließenden Sicherheitshülle und 3. des Betongebäudes der Zentralstelle austreten könnte. Gemäß der weiteren Erfindung wird aber auch für diesen in der Praxis mit großer Wahrscheinlichkeit ausgeschlossenen Fall noch eine Steuerung vorgesehen. Dies geschieht dadurch, daß im Hügel undurchlässige Trennwände, insbesondere aus Ton, Bereiche unterschiedlicher Aktivität für den Fall einer Störung begrenzen und daß die Nebenzelle in einem durch die Trennwände abgeteilten Bereich geringerer Aktivität angeordnet ist. Man erreicht dadurch, daß die Nebenzellen auch für den unwahrscheinlichsten Störfall noch relativ gut zugänglich sind, so daß zum Beispiel der Einschluß der Aktivität im Bereich der Nebenzellen, etwa der durch diese führenden Leitungen kontrollierbar und für Wartungen zugänglich ist. Dabei kann man die für Leitungen vorgesehenen Aussparungen in den Trennwänden wesentlich kleiner machen als die entsprechenden Abmessungen der Nebenzelle selbst, so daß die notwendigen Abdichtungen der Trennwände klein sind. Die Trennwände können auch Anschlüsse an der Nebenzelle überdecken, damit eine zusätzliche Dichtwirkung ausgeübt wird.

Für den Fall der schon angesprochenen Frischdampf- und/oder Speisewasserleitung sollte in der Nebenzelle ein konischer Befestigungspunkt mit einer an diesem angebrachten Absperrarmatur vorgesehen sein, weil sich mit einem solchen konischen Befestigungspunkt eine mechanisch stabile Anordnung mit einem druckfesten Abschluß gut vereinigen läßt. Aus dem gleichen Grunde empfiehlt es sich, die zur Zentralzelle führende Leitung als Doppelrohr auszubilden. Das Doppelrohr bewirkt, daß bei einem Bruch der Leitung der nach außen freiwerdende Druck nur auf das Doppelrohr wirkt, das ohne großen Aufwand ausreichend druckfest ausgebildet werden kann, während sonst mit Druckerhöhungen in dem Betonkanal zu rechnen wäre, die große

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Folgeschäden verursachen könnten. 2 6 3 A 2 9

Wie schon oben ausgeführt, sollen die Nebenzellen nur von außen zugänglich sein, um Einwirkungen aus dem Bereich der Zentralzelle oder in diesen Bereich hinein zu vermeiden. Aus dem gleichen Grunde ist es günstig, wenn die Nebenzellen nur über druckfreie Zugänge oder druckfest verriegelte Schleusengänge verbunden sind. Ferner helfen in dieser Hinsicht mechanisch feste Schikanen, die das Eindringen fester Körper in die Nebenzel-Ie und damit verbundene Leitungen verhindern.

Obwohl die Nebenzellen mit ihrem kleinen Volumen auch bei einiger räumlicher Entfernung von der Zentralzelle durch das Erdreich des Hügels im allgemeinen so hoch abgedeckt sein werden, daß mechanische Einwirkungen von außen unwahrscheinlich sind, kann es vorteilhaft sein, daß das Erdreich des Hügels oberhalb der Nebenzelle eine dichte Deckschicht aufweist, die mit einer verschließbaren Auslaßleitung überbrückt ist. Die verschließbare Auslaßleitung sorgt dabei für eine Entlastungsmöglichkeit beim Ausblasen von Dampf aus der Nebenzelle, das sich bei einem Leitungsbruch ergibt, weil ein im Hügel vorhandenes Luftpolster ausgeschoben werden kann, ohne daß die Deckschicht des Hügels hochgehoben wird.

°5 Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in den beiliegenden Figuren gezeichnet ist. Dabei zeigt Fig. 1 eine Ansicht einer Kernreaktoranlage in HUgelbauweise als Ganzes. Die Fig. 2 und 3 zeigen in etwa 4-fach kleinerem Maßstab Vertikalschnitte, deren Verlauf aus dem in Fig. 4 gezeichneten Grundriß ersichtlich ist. Fig. 5 läßt in schematischer Darstellung den Verlauf verschiedener Leitungen zur Kühlung, Lüftung usw. erkennen.

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In Fig. 1 ist in einem sehr großen Maßstab von zum Beispiel 1 : 5000 dargestellt, daß eine Kernreaktoranlage in einen Hügel 1 untergebracht ist, der über dem natürlichen Erdboden 2 zu einer Höhe von zum Beispiel 55 m aufgeschüttet ist und die aktivitätsführenden Teile einschließt. Die Kernreaktoranlage erzeugt Dampf, der in elektrische Energie umgewandelt wird. Dies geschieht in einer Maschinenhalle 3· Die dabei entstehende Abwärme wird in einem Kühlturm 4, der auch ein Trockenkühlturm sein kann, an die Atmosphäre abgegeben.

Die Reaktoranlage umfaßt einen Druckwasserreaktor für zum Beispiel 1200 MWe entsprechend etwa 3800 MW_tn. Ihre aktivitätsführenden Komponenten, d.h. der Primärkühlkreis, sind in einer Sicherheitshülle 5 eingeschlossen, die als Stahlkugel ausgeführt ist, wie zum Beispiel aus der KWU-Broschüre "Druckwasserreaktor" vom Mai 1975, Bestell-Nr. 295, an sich bekannt ist. Die Stahlkugel 5, die einen ersten dichten Einschluß bildet, ist ihrerseits von einem Betonbehälter 6 eingeschlossen, der der sogenannten Sekundärabschirmung bei bekannten Anlagen entspricht und als Zentralzelle mitten im Hügel 1 liegt. Das Volumen der Zentralzelle beträgt 210 000 m3. Der Ringraum 7 zwischen der Stahlkugel 5 und dem Betonbehälter 6 enthält Hilfs- und Nebenanlagen, wie durch einen Flutwasserbehälter 8 angedeutet ist (Fig. 2).

Wie man sieht, ist der Betonbehälter 6 in das Erdreich 9 unter die Oberfläche 2 eingelassen. Der Betonbehälter ragt mit seinem Fundament 10 unter den natürlichen Grundwasserspiegel 11 in der wasserdurchlässigen Sand- oder Kiesschicht 12 des Erdreiche 9. Der Grundwasserstand ist dabei durch die Oberseite 13 einer wasserundurchlässigen Mergelschicht 14 bestimmt.

In das Erdreich 9 sind zwei Ringwände 15 und 16 eingelassen, die den als Rotationskörper ausgeführten Betonbehälter 6 konzentrisch umgeben. Die Wände 15 und 16 ragen zum Beispiel gleichmäßig 10 m tief in die wasserundurchlässige Schicht 14 und reichen oben, wie insbesondere die Fig. 3 zeigt, bis zur Ober-

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fläche 2 des Erdreichs 9. Sie bestehen aus einer beispielsweise 0,6 m dicken Bentonitschicht, die als wasserundurchlässig gelten kann.

Die Wände schließen einen auch als Ringzone bezeichneten Zwischenraum 17 zwischen sich und einen den Betonbehälter 6 aufnehmenden Innenraum 18 ein. Der Innenraum 18 steht mit einem den größten Teil des Hügels 1 ausmachenden wasser- und gasdurchlässigen Kiesvolumen 19 in Verbindung. Von diesem Teil des Hügels 1 ist der Betonbehälter 6 lediglich durch eine zum Beispiel 3m dicke Tonschicht abgetrennt, die als Kappe auf dem oberen Bereich 21 des Betonbehälters 6 sitzt. Die Kappe 20 sorgt dafür, daß auch bei Rissen des Betonbehälters Gase oder Flüssigkeiten nicht unmittelbar unter der Kuppe 22 des Hügels 1 austreten können, weil sie nur unterhalb des Kappenrandes in die unteren Bereiche des Hügels gelangen, so daß sie vor dem Austreten ins Freie das gesamte Hügelvolumen als Filter passieren müssen.

Auf dem Kiesvolumen 19 sitzt eine den oberen Bereich des Hügels bildende Tonschicht 23, die ebenfalls eine Stärke von 3 oder 4m haben kann. Die Tonschicht 23 erstreckt sich über die gesamte Oberfläche des Hügels 1 bis zu seinem Rand 24, wo die Tonschicht 23 auf den Erdboden 2 trifft. Sie bildet einen selbstheilenden gasdichten Abschluß für das gasführende Kiesvolumen 19. Ihre mechanische Unverletzlichkeit wird durch eine 1 bis 2m dicke Betonschicht (Zerschellerschicht) 25 hergestellt, die mit einem Fundamentring 26 im Erdreich 9 verankert ist. Die Zerschellerschicht 25 kann unter Umständen auch aus Steinen oder einzelnen Betonelementen zusammengefügt oder aufgeschüttet sein, denn es kommt vor allem darauf an, daß sie unmittelbare äußere Einwirkungen auf die Tonschicht 23 verhindert.

Der Grundriß nach Fig. 4 läßt erkennen, daß das Kiesvolumen im Hügel 1 durch eine aus Ton bestehende, 3m dicke vertikale Trennwand 27 in zwei verschieden große Zonen 28 und 29 unterteilt ist. Die größere Zone 28 umschließt den Betonbehälter 6, denn die Wand 27 ist mit einem Bogen 30, der im Grundriß zwi-

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sehen den Wänden 15 und 16 verläuft, um den Betonbehälter herumgeführt.

Die kleinere Zone 29 enthält sämtliche Zugänge, die durch den Hügel 1 zum Betonbehälter 6 führen. Zu diesen zählt einmal ein Hauptstollen 31» der an der in die Sicherheitshülle 5 führenden Materialschleuse 32 endet. Der Hauptstollen 31 wird nur für den bei Reparaturen erforderlichen Transport von Großkomponenten benötigt. Er ist deshalb im Normalbetrieb durch Sperriegel 33 aus Beton verschlossen, die in die Betonwand 34 des Hauptstollens 31 eingelassen sind. Der verbleibende Raum ist mit Ton aufgefüllt, wie die Fig. 2 und 4 zeigen.

Der Hauptstollen 31 steht über einen abgewinkelten Nebenstollen 35 mit dem Hügelrand 24 in Verbindung. Zu diesem sind Verschlüsse 36 vorgesehen, die eine Sperrung des Stollens bei Bedarf ermöglichen. Die Verschlüsse umfassen Zylinder 37 mit einer Durchgangsöffnung 38, die durch Verdrehen um 90° gegenüber der gezeichneten Lage versperrt werden kann. Ferner schließt sich an den Hauptstollen 31 ein Nebenstollen 39 an, der in den Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 führt. Auch dieser Nebenstollen enthält einen Verschluß 40 in Form eines drehbaren Zylinders mit einer Durchgangsöffnung.

An den Hauptstollen 31 ist noch ein weiterer Nebenstollen 41 angeschlossen, der über einen Verschluß 42 zu einem Notstandsgebäude 43 führt. Das Notstandsgebäude ist ein fester Betonbau und enthält in geschotteten Einzelkammern 44 die für den Notbetrieb erforderlichen Notstandsaggregate, zum Beispiel Notstromdiesel und Notkühleinrichtungen, soweit diese nicht im Ringraum 7 angeordnet sind.

In zwei weiteren Kammern 45 des Notstandsgebäudes ist je eine Pumpeinrichtung mit Filterstation angeordnet, wie aus Fig. 3 näher ersichtlich wird. Die Kammern 45 ragen, wie Fig. 4 zeigt, über die an dieser Stelle ausgebuchtete äußere Wand 15. Deshalb kann eine mit einem Schacht 46 umgebene Tauchpumpe 47

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aus dem Zwischenraum 17 Grundwasser ansaugen und über die Filterstation 48 in den Raum außerhalb der Wand 15 drücken. Dadurch ergibt sich in den Räumen 17 und 18 ein niedrigerer Grundwasserspiegel 49. Dieser "Unterdruck" verhindert, daß etwaige Radioaktivität mit dem Grundwasser aus dem mit der Wand 15 umschlossenen Bereich herausgespült werden könnte. Die Filterstation 48, die Drahtfilter, Zellulosefilter und Aktivkohlefilter umfassen kann, sorgt für die gewünschte Reinheit des nach außen geförderten Wassers.

Die Filterstation 48 kann auch dann benutzt werden, wenn mit einer weiteren Leitung 50 Grundwasser gefördert werden soll, die durch einen schrägen Schacht 51 in den Innenraum führt. So kann man aus dem Innenraum 18 in den außerhalb der Wand 15 gelegenen Teil des Erdreichs 9 Grundwasser pumpen, das durch die Filterstation 48 läuft. Die Leitung 50 kann außerdem dazu dienen, aus dem Ringraum 17 in den Innenraum 18 zu pumpen₉ wenn eine Überlastung der Filter die Abgabe aktivitätsfreien Wassers nach außen verhindern sollte» Dies könnte jedoch nur bei einem völlig unwahrscheinlichen schweren Störfall eintreten, wenn der Reaktorkern durch den Betonbehälter hindurchschmelzen sollte.

Beim Ausführungsbeispiel ist angenommen*, daß der Primärkreis des Druckwasserreaktors im Inneren ä©r Sicherheitshülle 5 vier Dampferzeuger umfaßte Von diesen gehen visr Dampfleitungen 52, 53, 54 und 55 aus, wie in Fig.» 4 zu sehen ist, die mindestens im Ringraum 7 als Doppelleitungen ausgeführt sind und durch getrennte Stollen 56 von dem Betonbehälter 6 zur Maschinenhalle 3 führen. Die Stollen werden von Betonröhren gebildet^ die im Erdreich schwimmen und über elastische Dichtungen flexibel verbunden sind. Sie sind abgewinkelt ausgeführt, um eine unmittelbare Einwirkung von außen auf den Betonbehälter 6 zu vermeiden. Außerdem sind im Bereich von Schikanen 57» die auch zur Ab-Stützung und Festlegung der Dampfleitungen dienen, kleinere Verschlüsse 58 vorgesehen, mit denen der zur Kontrolle der Leitungen 52 bis 55 dienende begehbare Teil der Stollen 56 abgesperrt werden kann. Parallel zu den Frischdampfleitungen 52 bis 55 wer-

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den Speisewasserlsitungen 59 durch die Stollen 56 geführt, wie in Flg. 2 angedeutet ist.

Die Stollen 56 für die Verbindungsleitungen 52 bis 55 und 59 verlaufen ebenso wie der Hauptstollen 31 und die Nebenstollen 35, 39 und 41 ausschließlich durch die Zone 29. Im Verlauf der Stollen 56 liegt an dem dem Betonbehälter 6 zugekehrten Ende unmittelbar an der Trennwand 27 Jeweils eine Betonzelle 60. Die vier Betonzellen 60 sind gleich ausgebildet und ausgerüstet. Es handelt sich um druckfeste Schalenbauwerke in Form eines vertikalen Zylinders mit halbkugelförmiger Decke, die für einen Innendruck von 15 bar ausgelegt sind. Ihr Volumen beträgt mit 1700 m3 nur 1/120 des Volumens des Betonbehälters 6. Betonzellen 60 und Stollen 56 liegen oberhalb des Grundwasserspiegels 11, so daß auch die elastisch abgedichteten Verbindungsöffnungen grundwasserfrei bleiben. Zugleich ist durch konische Befestigungspunkte der als Doppelleitungen ausgeführten Druckleitungen 52 bis 55 und 59 für eine druckfeste Schottung im Bereich der Betonzellen 60 gesorgt.
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Die Betonzellen 60 enthalten als Nebenzellen getrennt von dem Betonbehälter 6 die für den Betrieb der Anlage notwendigen Armaturen, die weitgehend an dem genannten Befestigungspunkt angebracht sind, wie zum Beispiel in der Patentanmeldung P 25 31 I68.6 näher beschrieben ist. Zu diesen zählt ein als Eckventil ausgebildetes Absperrventil 61 im Zuge der Dampfleitungen 52 bis 55, an das ein Sicherheitsventil 62 angeschlossen ist. Von dem Sicherheitsventil 62 führt eine Ausblaseleitung 63 aus der Nebenzelle 60 zu einer Kiesschüttung 64, die, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, übsr. die eine Seite der Zone 29 reicht und mit jeder der Nebenzellen 60 in Verbindung steht. In die Kiesschüttung 64 führen ferner von Rohren 65 gebildete Auslaßöffnungen mit einem Querschnitt von 5 a , die mit Membranen 66 verschlossen sind. Dadurch ist eine Entlastung otwa bei einem Bruch der 70 bar-Frischdampfleitung in der Nebenzelle soweit sichergestellt, daß ihr zulässiger Innendruck nicht überschritten wird, über die Leitung 63 kann bei Störfällen auch aktivitätsführender Dampf aus dem Sicherheitsventil 62 zur Entlastung abgefahren werden.

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Jeder der Nebenzellen 60 ist in gleicher Weise ein Tiefbrunnen 67 zugeordnet. Aus diesem kann aktivitätsfreies Grundwasser sit einer Pumpe 68 angesaugt werden, das einem sogenannten Tertiärverdampfer 69 zugeführt wird. Die Tertiärverdampfer 69 können mit Frischdampf (Sekundärdampf) aus den Leitungen 52 bis 55 beaufschlagt werden. Deshalb kann mit den Tertiärverdampfern 69 Wärme abgeführt werden, wenn die normale Wärmesenke der Turbinen und auch die Anlagennachkühlung ausfallen sollte. Da diese Wärmeabfuhr über die Tsrtiärverdampfer von dem Sekundärkreis des Kernreaktors getrennt ist, kann der Dampf über eine Ausblaseleitung 70 mit einem Absperrventil 71 unmittelbar ins Freie zu einem Schalldämpfer 72 auf der Kügeloberfläche abgegeben werden, weil keine Aktivität ausgetragen werden kann. Für die stoßartige Abfuhr kleinerer Wärmemengen aus dem Sicherheitsventil 62 kann man auch in jeder der Nebenzellen 60 einen Abblasetank anordnen, der in bekannter Weise teilweise mit Wasser gefüllt und zur Dampfkondensation eingerichtet ist.

Dem Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 ist eine Ventilanordnung Ik zugeordnet, die zu Ausblaseleitungen 75 führt. Die Ventilanordnung Ik soll bewirken, daß der Betonbehälter 6 auch dann nicht zersprengt werden kann, wenn bei Unfällen Dampf aus der Sicherheitshülle 5 austritt, so daß die Druckfestigkeit des Betonbehälters überschritten zu werden droht. Diese ist insbesondere definiert durch den Auflagerdruck der HUgelbaustoffe. Beispielsweise erzeugt eine 20 m hohe Überschüttung mit dem spezifischen Gewicht 2t/m^ einen Außenüberdruck von etwa 4 bar auf den Betonbehälter 6. Dieser Druck entlastet die gewölbeartige Betonschale von Zugspannung, solange der innere Überdruck keinen höheren Wert erreicht. Vorzugsweise umfaßt die Ventilanordnung ein oder mehrere Sicherheitsventile mit relativ niedrigem Ansprechüberdruck von zum Beispiel 1 bar und kleines Ausblasequerschnitt. Damit können die geringen Luft- und Dampfmengen abgegeben werden, wie sie in der Anfangsphase des hypothetischen Versagens der Sicherheitshülle zu erwarten sind. Zusätzlich 3ind aber noch Sicherheitsventile mit großem Ausblasequerschnitt und höherem Ansprechdruck vorgesehen.

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Mit dieser Auslaßaöglichkeit, die beispielsweise einen doppelt so großen Querschnitt aufweist, kann ein Zersprengen des Betonbehälters 6 auch dann vermieden werden, wenn bei stärkerer Aufheizung im Fall des Kernschmeizens durch plötzlichen Einbruch etwa des aus dem Brennelementbecken stammenden Wasservolumens schlagartig große Dampfmengen entstehen, die das Speichervermögen des Betonbehälters übersteigen.

Die Ausblaseleitungen 75 führen zu einer groTßen Kiesschüttung in der Zone 28. Von dort aus kann sich der Dampf in dem Kiesvolumen 19 des Hügels verteilen. Dies sorgt für eine Filterung und eine Kondensation des Dampfas, so daß keine radioaktiven Teile unmittelbar ins Freie gelangen können. Dabei 1st durch zwei gasdichte Kunststoffolien 77 und 78, die praktisch parallel zueinander verlaufen, dafür gesorgt, daß die Radioaktivität auch durch Wasser, das zum Beispiel als Kondensat entsteht, nicht in das freie Grundwasser gespült werden kann. Die Kunststoffolien 77 und 78 bilden vielmehr mit ihrer leicht konischen Anordnung Ablaufflächen, mit denen solches Wasser im Normalfall in den inneren Bereich 18 der Wand 16 geführt wird. Für den Fall, daß die Kunststoffolie 77, die auf einer unteren Tonschicht 79 aufliegt, verletzt sein sollte, garantiert die in der Tonschicht 79 verlaufende untere Kunststoffolie 78, daß sich Leck- oder Regenwasser aus dem Bereich 19 nur in den Zwischenraum 17 ergießen kann.

Im oberen Bereich des Kiesvolumens 19, d.h. unterhalb der Tonschicht 23» können Durchlässe vorgesehen sein, wie in den Fig. und 3 dargestellt ist. Zu diesem Zweck ist eine halbkreisförmige Schüttung 80 aus grobem Kies vorgesehen, die einen Sammelraum in der Zone 28 bildet. Dort beginnt eine durch die Tonschicht und die Zerschellerschicht 25 nach außen führende Leitung 81 mit einem Absperrventil 82, das über eine Spindel 83 von Hand betätigt werden kann. Der Auslaß der Leitung 81 ist mit einer Haube 84 abgedeckt, die als Regenwasserschutz dient. Die Haube sorgt aber zugleich für einen mechanischen Schutz der Leitung Der Bareich 29 kann ebenfalls mit einer Kiesschüttung 85 versehen sein, die an der höchsten Stelle dieses Bereichs angeord-

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net ist und einen Sammelraum für eine Auslaßleitung 86 mit einem Ventil 87 und einer Abdeckhaube 88 bildet.

Die Auslaßleitungen 81 und 86, die auch einzeln vorgesehen sein können, ermöglichen eine Druckentlastung des Hügels 1 von Luft, die bei einem Störfall verdrängt werden könnte, damit ein Aufbrechen der Tonschicht 23 vermieden wird. Dabei können die Ventile 82 und 87 zum Beispiel druckabhängig gesteuert sein, indem sie bei größeren Überdrücken als 0,5 bar und bei größeren Unterdrücken als 0,2 bar geöffnet werden. Sie können aber außerdem ein aktivitätsabhängige Betätigung aufweisen, mit der ein Verschluß unabhängig vom Druck dann erhalten wird, wenn dieses ausströmende Medium radioaktiv sein sollte.

Mit 89 ist ein Sicherheitsventil bezeichnet, das die Sicherheitshülle 5 beispielsweise bei einem Überdruck von 5 bar in den Betonbehälter 6 hinein entlastet. Dieses Sicherheitsventil 89 soll vermeiden, daß bei einem Versagen der Notkühlung und gleichzeitigem Bruch einer druckführenden Leitung in der Sicherheitshül-Ie 5 deren Druck über den Auslegungsdruck (6 bar) ansteigt. Der Energieinhalt der Sicherheitshülle 5 wird auf einen Wert begrenzt der auch bei plötzlichem Versagen der Sicherheitshülle vom Betonbehälter 6 (4 bar) aufgenommen werden kann. Die Leitungsquerschnitte der mit niedrigem Ansprechdruck ausgelegten Ventile der Ventilanordnung 74 können deshalb stark gedrosselt sein auf beispielsweise vier öffnungen mit 20 cm Durchmesser, da nur noch die Nachwärmeenergie des schon länger stillstehenden Reaktors freigegeben werden muß. Dies ermöglicht eine ruhige Dampfkondensation im Kiesvolumen 19 und einen nur mäßig starken Anfall von Abluft in der Leitung 81, so daß auch deren Querschnitt klein bleiben kann (4 χ 20 cm).

Der Betonbehälter 6 ist in der schematischen Darstellung der Fig mit unterschiedlicher Wandstärke gezeichnet. Damit soll angedeutet sein, daß er in seinem unteren Teil eine mechanisch feste Wanne 93 und im oberen Bereich eine ebenfalls mechanisch feste Kappe 94 bildet. Dagegen kann in einem mittleren Bereich 95 eine

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- ** - 76P9353BRD gewisse Durchlässigkeit bei Uberbeanspruchungen gegeben sein. Die Betonkappe 94 besteht aus einer hitzebeständigen Betonsorte und trägt die Tonschicht 20.

Wie man sieht, ist das Innere 96 der kugelförmigen Sicherheitshülle 5 über Sicherheitsventile 89 mit dem Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 verbunden. Ihr Ansprechwert soll zwar so hoch wie möglich liegen, andererseits aber sicherstellen, daß die Sicherheitshülle 5 bei ansteigendem Druck nie plötzlich aufgesprengt werden kann, weil zuvor eine Entlastung über die Sicherheitsventile 89 stattfindet.

Demgegenüber ist der Ringraum 7 im Bereich 95 des Betonbehälters 6 über die Ventilanordnung 74 mit der sogenannten hochaktiven Zone 28 des Kiesvolumens 19 verbunden. Die Ventile 74 haben zum Beispiel einen Ansprechüberdruck von 4 bar. Die Zone 28 ist wiederum über druckabhängig offenbare Ventile 81 mit der Atmosphäre oberhalb des Hügels 1 verbunden, die einen Ansprechüberdruck von 0,5 bar aufweisen. Damit soll verhindert werden, daß der Hügel im Bereich der als Dichthaut dienenden Tonschicht 23 aufgebrochen werden kann, so daß Gase oder Dämpfe konzentriert entweichen. Bei größerem Gewicht der Tonschicht 23 und/oder der diese abdeckenden Zerschellerschicht 25 kann der Ansprechwert der Sicherheitsventile 81 auch höher gewählt werden.

Im Innenraum 18 innerhalb der inneren Wand 16 ist ein Brunnen 98 vorgesehen, aus dem eine Pumpe 99 ansaugen kann. Die Pumpe fördert nur bei Störfällen, die die Sicherheitshülle 5 und den Betonbehälter 6 bedrohen. Dabei gelangt das Wasser über eine Rückschlagklappe 100 und ein Stellventil 101 zu einer Sprüheinrichtung 102, die den oberen Bereich der Sicherheitshülle 5 kühlen kann, so daß in der Sicherheitshüll'e eine Druckabsenkung erreicht werden kann. Die Pumpe 99 kann ferner über ein Stellventil 103 und ein Filter 104 in den Zwischenraum 17 zwischen den beiden Wänden 15 und 16 fördern. Im Zwischenraum 17 ist der Brunnen 105 mit der Tauchpumpe 47 vorgesehen, die über die Filterstation 48 Grund- und Leckwasser in den außerhalb der Wand 15 gelegenen Bereich der

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grundwasserführenden Schicht 12 fördert, wie durch die Leitung 106 angedeutet ist.

Ein weiterer Brunnen 107, der redundant vierfach angelegt ist und für zum Beispiel 4 χ 150 m3/h ausgelegt ist, dient zur Speisung einer Pumpe 108. Von dieser kann über eine Leitung 109 mit einer Rückschlagklappe 110 und einem Stellventil 111 die Sprüheinrichtung 102 beaufschlagt werden. Ferner speist die Pumpe 108 Kühler oder Zwischenwärmetauscher 112, die zum Beispiel zur Kühlung von Notstromdieseln benötigt werden. Das aus dem Kühler 112 kommende Wasser kann bei Bedarf noch dem Tertiärverdampfer 69 zugeführt werden, mit dem die Energie der Kernreaktoranlage für den Fall, daß die normalen Wärmesenken ausfallen, zur Erzeugung von Dampf benutzt wird, wie in der Patentanmeldung P 25 54 180.4 angegeben ist. Der dabei erzeugte Dampf kann über ein Stellventil 114 und eine Rückschlagklappe 115 zu der Ausblaseleitung 70 geleitet werden.

Der Tertiärverdampfer 69 ist über eine Leitung 117 an die Frischdämpfleitung 52 angeschlossen, die im Normalfall über das Absperrventil 61 zur Turbine führt. Das Sicherheitsventil 62 an der Frischdampfleitung 52 ermöglicht das Ausblasen von Dampf in die sogenannte schwachaktive Zone 29 des Kiesvolumens 19, wie durch die Leitung 63 angedeutet ist. Dabei kann durch das Überdruckventil 87 die im Erdreich normalerweise vorhandene Luft abgelassen werden, wenn der Überdruck beim Einleiten des Dampfes 0,5 bar Übersteigt.

Die Pumpe 108 für den Kühler 112 und den Tertiärverdampfer 69 ist zusammen mit der Absperreinrichtung 61 der Frischdampfleitung 52 und dem an diese angeschlossenen Sicherheitsventil 62 in der in Fig. 5 strichpunktiert angedeuteten Nebenzelle 60 untergebrächt, die im Erdreich des Hügels liegt, wie die Figo 2 bis 4 zeigen. Diese Nebenzelle enthält auch eine weitere Pumpe 118, mit der das im Tertiärverdampfer 69 anfallende Kondensat (Speisewasser) zum Dampferzeuger über eine Leitung 119 zurückgefördert wird.

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Beim Ausführungsbeispiel ist dargestellt, daß das Sicherheitsventil 89 der Sicherheitshülle 5 in den Ringraum 7 führt, aus dem weitere Sicherheitsventile der Ventilanordnung 74 eine Entlastung ermöglichen. Man kann aber auch eine direkte Entlastungsleitung aus der Sicherheitshülle 5 in die "hochaktive" Zone 29 des Kiesvolumens 19 vorsehen, damit ohne Beeinträchtigung der Zugänglichkeit des Ringraumes 7 eine Druckentlastung für die Sicherheitshülle geschaffen werden kann.

23 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

( 1.) Kemreaktoranlage mit einer unter dem Erdreich eines Hügels liegenden Betonzelle für den Einschluß aktivitätsführender Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß im Erdreich (9) mindestens eine weitere Betonzelle (Nebenzelle) (60) getrennt von der ersten (Zentralzelle) angeordnet ist, die ein Vierzigstel des Volumens der Zentralzelle (6) oder weniger, vorzugsweise ein Zweihundertstel aufweist und mindestens überwiegend schalenförmig ausgebildet ist und daß die Nebenzelle (60) Sekundär-, Hilfe- oder Nebenanlagen enthält. 10
2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenzelle (60) im Zuge einer Leitung (52) liegt, mit der Energie aus dem Hügel (l) abgeführt wird, und daß die Nebenzelle (60) eine Absperrarmatur (61) für die Leitung (52) enthält.
3. Kemreaktoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralzelle (6) eine dichte Sicherheitshülle (5) für den Einschluß aktivitätsführender Komponenten mit Zwischenraum umgibt, von denen die Leitung (52) ausgeht, und daß außer der Absperrarmatur (61) in der Nebenzelle (60) ein weiterer Abschluß in der Sicherheitshülle (5) und/oder im Zwischenraum (7) zwischen Sicherheitshülle (5) und Zentralzelle (6) vorgesehen ist.
4. Kemreaktoranlage nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenzelle (60) einen in das Erdreich (9) des Hügels (l) führenden Auslaß (65) mit einem Querschnitt von mindestens 1 m² besitzt.
5. Kernreaktoranlage nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrere Absperrarmaturen (61) mehrere getrennte Nebenzellen (60) vorgesehen und räumlich um die Zentralzelle (6) verteilt angeordnet sind.
6. Kemreaktoranlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch

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ORlQiNAL INSPECTED

gekennzeichnet, daß die Leitung (52) zwischen der Zentralzelle (6) und der Nebenzelle (60) mit beweglich abgedichteten Rohren (56) umgeben ist.
7. Kernreaktoranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (56) druckfest ausgebildet und im Erdreich (9) schwimmend angeordnet sind und daß an Verbindungsstellen elastische Fugenanschlüsse vorgesehen sind.
8. Kernreaktoranlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Rohre (56) und Verbindungsöffnungen an Zentralzelle (6) und Nebenzelle (60) oberhalb des maximalen Grundwasserspiegels (11) liegen.
9. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenzelle (60) nur von außerhalb des Hügels (1), nicht aber von der Zentralzelle (6) aus zugänglich ist.
10. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Nebenzelle (60) ein Brunnen (67) in Grundwasser führt.
11. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet, daß mehrere redundante, räumlich getrennte Notkühleinrichtungen (69) in den Nebenzellen (60) untergebracht und strangweise Leitungen (52) zugeordnet sind, die aus der Zentralzelle (6) kommen.
12. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Hügel (1) undurchlässige Trennwände (27), insbesondere aus Ton, Bereiche (28, 29) unterschiedlicher Aktivität für den Fall einer Störung begrenzen und daß die Nebenzelle (60) in einem durch die Trennwände (27) abgeteilten Bereich (29) geringerer Aktivität angeordnet ist.

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13. Kernreaktoranlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für Leitungen (52) vorgesehene Aussparungen in den Trennwänden (27) wesentlich kleiner sind als die entsprechenden Abmessungen der Nebenzelle (60) selbst.
14. Kernreaktoranlage nach Anspruch 12 oder 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (27) Anschlüsse an der Nebenzelle (60) überdecken, so daß eine zusätzliche Dichtwirkung ausgeübt wird.
15. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nebenzelle (60) ein konischer Befestigungspunkt mit einer an diesem angebrachten Absperrarmatur (61) im Zuge einer Frischdampf- und/oder Speisewasserleitung (52 bis 55» 59) vorgesehen ist.
16. Kernreaktoranlage nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zentralzelle (6) führende Leitung (52 bis 55 und 59) als Doppelrohr ausgebildet ist.
17. Kernreaktoranlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine in das Erdreich des Hügels (1) führende Ausblaseleitung (63» 65), die mit einem im Inneren der Nebenzelle (60) angeordneten, einseitig wirkenden Absperrorgan (62, 66) versehen ist.
18. Kernreaktoranlage nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblaseleitung (63» 65) in einer Kiesschüttung (64) oder in Röhren mündet, die in das Hügelinnere führen.
19. Kernreaktoranlage nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblaseleitung (63) an ein sekundäres Sicherheitsventil (62) angeschlossen ist.
20. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß das Erdreich des Hügels (l) eine dichte Deckschicht (23) aufweist, die mit einer verschließbaren Auslaßleitung (81, 87) überbrückt ist.

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21. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenzellen (60) nur über druckfreie Zugänge oder druckfest verriegelte Schleusengänge (56) verbunden sind.
22. Kernreaktoranlage nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch mechanisch feste Schikanen (57), die das Eindringen fester Körper in die Nebenzelle (60) und damit verbundene Leitungen verhindern.
23. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch eine ebenso hohe Uberdeckung der Nebenzelle durch den Hügel (1) wie die der Zentralzelle (6).

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