DE2738351A1

DE2738351A1 - Verbesserungen bei oder bezueglich kernreaktoren

Info

Publication number: DE2738351A1
Application number: DE19772738351
Authority: DE
Inventors: Samuel B Hosegood
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1976-09-09
Filing date: 1977-08-23
Publication date: 1978-03-16
Also published as: GB1536291A; FR2371751A1; FR2371751B1

Description

PATENTANWÄLTE D-I BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE

^273δ351

D-8 MÜNCHEN 99 · WIDENMAYERSTRASSE 40

EUROPÄISCHE ATOM-GEMEINSCHAI-T (EUItATOM) BERLIN:

DIPL.-INO. R. MULLKR-BORNKR

MÜNCHEN: DIPL.-INa. HANS-HtINRICH WKY DIPL.-INa. KKKKHARO KURNKR

Berlin, den 23. August 1977

Verbesserungen bei oder bezüglich Kernreaktoren

(Großbritannien, Nr. 37509/7« v. 9.9.76)

7 Seiten beschreibung Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung

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BERLIN: TEL E FON (O 3O) β 31 2O KABEL: PROPINDUS ■ TELEX OI 84OB7 MÖNCHEN: TELEFON <O8O) 99Ββββ KABEL: PROPINDUS · TELEX 0804344

Die Erfindung bezieht sich auf Anwendungen, bei denen ein Kernreaktor beispielsweise für einen Prozeß als Wärmequelle verwendet wird, wobei ein Beispiel einer derartigen Anwendung in der GB-PS 1 1*61* 38Ί beschrieben ist.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine kernreaktorbetriebene Anlage mit einem Kernreaktor vorgesehen, in dem das Reaktorkühlmittel in einem Primärkreislauf einschließlich des Reaktors strömen und Wärme aus dem Reaktorkühlmittel auf ein Fluid in einem Austauschverfahren übertragen werden kann, das veranlaßt wird, in einem Sekundärkreislauf zu strömen, wobei der Sekundärkreislauf mit einem höheren Druck als der Primärkreislauf arbeiten kann, eine gasförmige Substanz, die ein radioaktives Isotop unter Bestrahlung in dem Kernreaktor bilden kann, in dem Sekundärkreislauf enthalten ist und wobei eine Feststellungseinrichtung zum Überwachen des Primärkreislaufes vorgesehen ist, die das Vorhandensein des radioaktiven Isotops im Primärkreislauf und dadurch Jede undichte Stelle zwischen dem Sekundär- und dem Primärkreislauf feststellen kann·

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine kernreaktorbetriebene Anlage mit einem gasgekühlten Kernreaktor vorgesehen, in dem das gasförmige Reaktorkühlmittel in einem Primärkreislauf einschließlich des Reaktors strömen und Wärme aus dem Reaktorkühlmittel auf ein Fluid in einem Austauschverfahren übertragen werden kann, das veranlaßt wird, in einem Sekundärkreislauf zu strömen, wobei der Sekundärkreislauf mit einem höheren Druck als der Primärkreislauf arbeiten kann, eine gasförmige Substanz, die ein radioaktives Isotop unter Bestrahlung in dem Kernreaktor bilden kann, in dem Sekundärkreislauf enthalten ist und wobei eine Feststellungseinrichtung zum Überwachen des Primärkreislaufes vorgesehen ist, die das Vorhandensein des radioaktiven Isotope im Primärkreislauf und dadurch jede undichte Stelle zwischen dem Sekundär- und dem Primärkreislauf feststellen kann.

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Gemäß noch einem weiteren Aspekt schließt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Feststellen von undichten Stellen zwischen einem Primärkreislauf eines Kernreaktors einschließlich des Reaktors, wobei das Reaktorkühlmittel dazu gebracht wird, durch den Primärkreislauf zu strömen, und einem ein Fluid enthaltenden Sekundärkreislauf ein, auf das das Reaktorkühlmittel Wärme übertragen kann, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Einstellen des Sekundärkreislaufes auf einen Druck, der höher als der des Priraärkreislaufes ist;

Einschließen einer gasförmigen Substanz in den Sekundärkreislauf, die ein radioaktives Isotop unter Bestrahlung in dem Kernreaktor bilden kann, und

Überwachen des Primärkreislaufes mit einer Feststellungseinrichtung, die das Vorhandensein des radioaktiven Isotops im Primärkreislauf und dadurch jede undichte Stelle zwischen dem Sekundär- und dem Primärkreislauf feststellen kann.

Darüber hinaus schließt die Erfindung ein Verfahren zum Feststellen von undichten Stellen zwischen einem Primärkrfisl.iuJ' eines f^asgekühlteii Kernreaktors einschließlich des Reaktors, wobei das gasförmige Reaktorkühlmittel dazu gebracht wird, durch den Primärkreislauf zu strömen, und einem ein Fluid enthaltenden Sekundärkreislauf ein, auf das das Reaktorkühlmittel Wärme übertragen kann, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Einstellen des Sekundärkreislaufes auf einen Druck, der höher als der des Primärkreislaufes ist;

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Überwachen des Primärkreislaufes mit einer Pest stel richtung, die das Vorhandensein des radioaktiven Isotops im Primärkreislauf und dadurch jede undichte Stelle zwischen dem Sekundär- und dem Primärkreislauf feststellen kann.

Der Primärkreislauf ist vorzugsweise mit einem Pruboncntnahn: >kanal versehen, der mit dem Primärkreislauf strom.iln,..rt.s vuin Reaktor verbunden ist und durch den ein Teil des IJc.ik torkiih L-mittels strömen kann, und die Feststellun^seinrichtun^; so uii.;<_- ordnet, daß sie den Probenentnahmekanal und dadurch den Primärkreislauf überwachen kann.

Die Feststellungseinrichtung könnte eine Einrichtung zum Liefern eines Signals für eine hörfrequente und/oder visuelle Alarmvorrichtung einschließen für den Fall, di.D der Betrag des radioaktiven Isotops im Primärkreislauf einen vorbestimmten Betrag überschreitet.

Die Feststellungseinrichtung kann vorzugsweise ein Aus.^angssignal liefern, das proportional dem Ausmaß jeder undichten Stelle zwischen dem Sekundär- und dem Prirnärkroislauf ist.

Vorzugsweise sind das Reaktorkühlmittel und das Fluid im wes.r.t liehen identische Gase, z. B. Helium, und die gasförmige Substanz ist vorzugsweise Argon, das unter Bestrahlung Argon 'ti bildet.

Das Fluid im Sekundärkreislauf kann so beschaffen sein, daß es Wärme für eine Aufheizstufe eines Prozesses liefert, für den der Reaktor die Wärmequelle darstellt, beispielsweise einen Teil eines ProzeQstroms eines Dampf/Methan-Keformingprozesses.

Eine der Anwendungen der Erfindung liegt in der Benutzung einea gasgekühlten Hochtemperaturreaktors als Wärmequelle

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für einen Prozeß über einen sekundären Wärmeübertragungskreislauf. Eine Ausführungsform dieses Reaktors hat einen Graphitkern als Nsutronenmoderator, wird durch Heliumgas gekühlt und ist vorliegend mit "H.T.G.C.-Reaktor" bezeichnet.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine halbschematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage.

Die Zeichnung zeigt eine kernreaktorbetriebene Anlage 1 mit einem H.T.G.C.-Reaktor 2, in der das gasförmige Reaktorkühlmittel (Helium) in einem Primärkreislauf 3 einschließlich des Reaktors 2 strömt. Das Reaktorkühlmittel ist so beschaffen, daß es einem Prozeßstrom eines Dampf/Methan-Reformingprozes.jes Wärme überlassen kann, der in einem Tertiärkrois Lauf Ί strürr.t. Die Wärme wird auf diesen Prozeßstrom mittels eines Sekundärkreislaufes 5 übertragen, der auf einem höheren Druck als der Primärkreislauf 3 gehalten und in dem das Strömen des lleliu··.-gases als Wärmeübertragungsfluid bewirkt wird. In dem Sekundarkreislauf 5 ist Argongas in einer Konzentration von wenigen Prozenten enthalten. Eine Oxydationssubstanz kann, wie dies in der bereits zur Kenntnis gebrachten GB-PS 1 kSh 38Ί beschrieben ist, ebenfalls in den Sekundärkreislauf 5 eingebracht werden, um die Wasserstoffdiffusion vom Tertiärkreislauf k in den Primärkreislauf 3 zu unterbinden.

Der H.T.G.C.-Reaktor 2 besteht weiterhin aus einer Neutronenmoderator-Kernstruktur 6 aus Graphit, die in einom druckdichten Reaktorbehälter 7 angeordnet ist. Aus dem Primärkreislauf 3 wird mittels eines ersten Wärmeaustauschers 8 Wärme auf den Sekundärkreislauf 5 und aus dem Sekundärkreislauf 5 mittels eines zweiten Wärmeaustauschers 9 auf den Tertiärkreislauf h

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übertragen. Die Kreisläufe 3, h und 5 und die Wärmeaustauscher und 9 sind aus eisenhaltigem Metall, obwohl auch andere geeignete Materialien verwendet werden können.

Die Kreisläufe 3t ^ und 5 haben Pumpen 10, 11 bzw. 12 zur Aufrechterhaltung des Stroms, und Jedes Entweichen von sich aus einem Helium/Argon-Gemisch zusammensetzenden Gasen aus dem Sekundärkreislauf 5 in den Primärkreislauf 3 kann mittels einer Zuführleitung 13 mit einem Regelventil 1*4 kompensiert werden, wobei das Helium und das Argon einzeln oder als vorgemischte Gase eingebracht werden.

Ein auf die Feststellung des Gammastrahlen-Energiespektrums des Argons 41 abgestimmtes Gamma-Spektrometer 18 ist außerhalb des und stromabwärts vom Reaktor 2 angeordnet, um einen Teil des Kühlmittelgases in einem Probenentnahmekanal 19 zu überwachen, '" der mit dem Primärkreislauf 3 &n einer Stelle stromabwärts vom Reaktor 2 verbunden ist, so daß das probeweise entnommene Gas durch den Reaktor 2 gelaufen ist. Das Gamma-Spektrometer 18 ist mit einem Kartenschreiber 20 verbunden, der seinerseits an eine hörfrequente Alarmvorrichtung 21 angeschlossen ist.

Während des Betriebs der Anlage findet eine durchschnittliche minimale Pegelaktivität des Argons *»1 im Primärkreislauf 3 von der Argonbestrahlung als Verunreinigung im Reaktorkühlmittel K.·; statt. Der Kartenschreiber 20 ist in bezug auf die Alarmglocke :! eingestellt, so daß er nur dann ein Signal auf die Alarmglocke schickt, wenn irgendein vorbestimmter Aktivitätspegel des Argons h\ im Primärkreislauf 3 erreicht ist, der über dem vorstehend erwähnten Minimalpegel liegt.

Während die Integrität der Schranke zwischen dem Primär- und dem Sekundärkreislauf 3 bzw. k durch den Wärmeaustauscher 8 aufrechterhalten wird, signalisiert das Gamma-Spektrometer 18

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die durchschnittliche minimale Aktivität des Argons *♦ 1 . Im Falle einer im Wärmeaustauscher 8 auftretenden undichten Stelle strömen Helium- und Argongase in den Primärkreislauf unter der Wirkung des höheren Drucks in dem Sekundärkreislauf ^rj, und das Argongas bildet das radioaktive Isotopenargon ^1 unter Bestrahlung, wenn es durch den Reaktor 2 strömt. Das Gammaspektrometer 18 stellt den höheren Pegel des Argons U1 im Probenentnahmekanal 19 fest und schickt ein Signal auf den Kartenschreiber 20, das höher als das einen durchschnittlichen Minimalpegel von Argon *t1 anzeigende ist, und sorgt für das graphische Darstellen dieses höheren Signals; der Kartenschreiber 20 schickt ein Signal auf die hörfrequente Alarmvorrichtung 21 zvecks Betätigens derselben, wenn der vorbestimmte Pegel erreicht worden ist. Der Pegel des Signals aus dem Gamma-Spektrometer 18 kann zur Bestimmung des Ausmaßes der undichten Stelle herangezogen werden.

Das Argon ^I im Primärkreislauf 3 kann abschließend durch eine (nicht dargestellte) Primärkreislauf-Reinigungsanlage entfernt werden.

Die Konzentration der gasförmigen Substanz (Argon), die im Sekundärkreislauf 5 enthalten sein soll, hängt unter anderem vom Volumen und Druck des Sekundärkreislaufs 5 bezüglich denjenigen des Primärkreislaufs 3 ab. Gewöhnlich wird der Primärkreislauf 3 hinsichtlich seines Volumens beträchtlich größer sein und daher auf die Konzentration der gasförmigen Substanz einen Verdünnungseffekt haben, selbst wenn der Sekundärkreislauf 5 sich auf einem höheren Druck befindet. Deshalb ist es notwendig, alle diese Faktoren zu berücksichtigen, wenn der Entschluß zu einer Konzentration einer gasförmigen Substanz gefaßt wird, um eine feststellbare Konzentration von Radioisotopen mit vorbestimmten Entweichungsraten aus dem Sekundärkreislauf 5 iⁿ den Primärkreislauf 3 zu schaffen.

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Es können auch andere gasförmige Substanzen verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie erstens ohne weiteres zwecks Dudens eines gamma-aussendenden Radioisotops bestrahlt worden können und daß sie zweitens keine irgendwie geartete wesentliche nachteilige Wirkung auf die Reaktionsfähigkeit des Reaktors haben. Ein visueller Alarm, wie ein Blitzlicht, könnte als Alternative oder zusätzlich zur hörfrequenten Alarmvorrichtung verwendet werden.

Von der Erfindung kann auch im Zusammenhang mit anderen Arten von gasgekühlten Reaktoren und Reaktorkühlmittelgasen wie Kohlen dioxyd und auch mit anderen Arten von Kernreaktoren, beispielsweise von Reaktoren mit nicht gasförmigen Reaktorkühlmittel!!, wie einem schnellen Reaktor, Gebrauch gemacht werden, bei de;n flüssiges Metall als Reaktorkühlmittel verwendet wird.

Wenn die Erfindung in Verbindung mit einem anderen g.-isgekiihl t ι ii Kernreaktor verwendet wird, erweist es sich gewöhnlich als wünschenswert, dem vorstehend erwähnten Prinzip zu folgen, nai.i: dem ein im wesentlichen identisches Fluid für das Wärmeübertragungsfluid verwendet wird, wie es für das Reaktorkühlmittel Verwendung findet, um das Risiko eines Verschmutzens des Reaktor kühlmittels mit dem Wärmeübertragungsfluid zu umgehen.

Es versteht sich von selbst, daß, obwohl die Erfindung mit Uezug auf die Verwendung eines Kernreaktors als Wärmequelle für einen Prozeßstrom beschrieben wurde, diese auch bei anderen Anwendung^ eines Kernreaktors als Wärmequelle Verwendung finden kann.

Patentansprüche:

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

(1 · JKernreaktorbetriebene Anlage mit einem kernreaktor, in den. das Reaktorkühlmittel in einem Primärkreislauf einschließlich des Reaktors strömen und Wärme aus dem Reaktorkühlmittel auf ein Fluid in einem Austauschverfahren übertragen werden kann, das veranlaßt wird, in einem Sekundärkreislauf zu strömen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreielauf mit einem höheren Druck als der Primärkreislauf arbeiten kann} daß eine gasförmige Substanz, die ein radioaktives Isotop unter Bestrahlung in dem Kernreaktor bilden kann, in dem Sekundärkreislauf enthalten ist und daß eine Feststellungseinrichtung zum überwachen des Primärkreislaufes vorgesehen ist, die das Vorhandensein des radioaktiven Isotop· ±m Primärkreislauf und dadurch jede undichte Stelle zwischen dem Sekundär- und dem Primärkreislauf feststellen kann»

2. Kernreaktorbetriebene Anlage mit einem gasgekühlten Kernreaktor, in dem das gasförmige Reaktorkühlmittel in einem Primärkreislauf einschließlich des Reaktors strömen und Wärme aus dem Reaktorkühlmittel auf ein Fluid in einem Aus* tauschverfahren übertragen werden kann, das veranlaßt wird, in einem Sekundärkreislauf zu strömen, dadurch gekennzeichnet , daß der Sekundärkreislauf mit einem höheren Druck als der Primärkreislauf arbeiten kann; daß eine gasförmige Substanz, die ein radioaktives Isotop unter Bestrahlung in dem Kernreaktor bilden kann, in dem Sekundärkreislauf enthalten ist und daß eine Feststellungeeinrichtung zum überwachen des Primärkreislaufes vorgesehen ist, die das Vorhandensein des radioaktiven Isotops im Primärkreislauf und dadurch jede undichte Stelle zwischen dem Sekundär- und dem Primärkreislauf feststellen kann.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Anlag· nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß da· Reaktorkühlmittel und das Fluid im wesentlichen identische Gase sind.

k. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennseichnet , daß der Primärkreislauf mit einem Probenentnahmekanal versehen ist, der mit dem Primärkreislauf stromabwärts vom Reaktor verbunden ist und durch den ein Teil des Reaktorkühlmittels Strumen kann, und daß die Feststellungeeinrichtung so angeordnet ist, daß sie den Probenentnahmekanal und dadurch den Primärkreislauf überwachen kann·

5· Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Viederauffttllen des Fluide und/oder der gasförmigen Substanz im Sekundärkreislauf vorgesehen ist·

6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellungseinrichtung ein Ausgangssignal liefern kann, das proportional dem Ausmaß Jeder undichten Stelle zwischen dem Primär- und dem Sekundärkreislauf ist.

7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellungseinrichtung eine Einrichtung zum Liefern eines Signals für eine hörfrequentβ und/oder visuelle Alarmvorrichtung einschließt für den Fall, daß der Betrag des radioaktiven Isotops im Primärkreislauf einen vorbestimmten Betrag überschreitet.

8. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid im Sekundärkreislauf Wärme für eine Aufheizstufe eines Prozesses

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liefern kann, für den der Reaktor di· Wärmequelle darstellt.

9· Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Aufheizstufe ein Teil einer Dampf/Methan-Reformingprozeßanlage ist.

10· Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Reaktor ein gasgekühl- ter Hochtemperaturreaktor und das Reaktorkühlmittel Helium ist.

11. Verfahren zum Feststellen von undichten Stellen zwischen einem Primärkreislauf eines Kernreaktors einschließlich des Reaktors, wobei das Reaktorkühlmittel dazu gebracht wird, durch den Primärkreislauf zu strömen, und einem ein Fluid enthaltenden Sekundärkreislauf, auf das das Reaktorkühlmittel Wärme übertragen kann, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschrittet

Einstellen des Sekundärkreislaufes auf einen Druck, der höher als der des Primärkreislaufes ist;

Einschließen einer gasförmigen Substanz in den Sekundärkreislauf, die ein radioaktives Isotop unter Bestrahlung in dem Kernreaktor bilden kann, und

Überwachen des Primärkreislaufes mit einer PestStellungseinrichtung, die das Vorhandensein des radioaktiven Isotops im Primärkreislauf und dadurch jede undichte Stelle zwischen dem Sekundär- und dem Primärkreislauf feststellen kann.

12. Verfahren zum Feststellen von undichten Stellen zwischen einem Primärkreislauf eines gasgekUhlten Kernreaktors ein-

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schließlich des Reaktors, wobei das Gasförmige Reaktorkühlmittel dazu gebracht wird, durch den Primärkreislauf zu strömen, und einem ein Fluid enthaltenden Sekundärkreislauf, auf das das Reaktorkühlmittel Wärme übertragen kann, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte J

Einstellen des Sekundärkreislaufes auf einen Druck, der höher als der des Primärkreislaufes ist;

Einschließen einer gasförmigen Substanz in den Sekundärkreislauf, die ein radioaktives Isotop unter Bestrahlung in dem Kernreaktor bilden kann, und

Überwachen des Primärkreislaufes mit einer Feststcllungseinrichtung, die das Vorhandensein des radioaktiven Isotops im Primärkreislauf und dadurch jede undichte Stelle zvischen den. Sekundär- und dem Primärkreislauf feststellen kann.

13· Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch die Schritte des

Strömenlassens eines Teils des Reaktorkühlmittel s im Prirncirkreislauf durch einen Probenentnahmekanal , der mit dom Priniärkreislauf stromabwärts vom Reaktor verbunden ist, und

Überwachen des Probenentnahmekanals mit der Feststellungseinrichtung zwecks Überwachung des Primärkreislaufes.

^k. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13» gekennzeichnet durch den Schritt des Lieferns eines Signals für eine hörfrequente und/oder visuelle Alarmvorrichtung aus der Feststellungseinrichtung für den Fall, daß der Betrag des radioaktiven Isotops im Primärkreislauf einen vorbestimmten Betrag überschreitet.

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15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 1h, gekennzeichnet durch den Schritt des Lieferns eines Ausgangssignals aus der Feststellun£seinrichtung, das proportional dem Ausmaß jeder undichten Stell zwischen dem Primär- und dem Sekundärkreislauf ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis \~j, dadurch gekennzeichnet , daß der Kernreaktor ein gasgekühlter Hochtemperaturreaktor und das Reaktorkühlmittel Helium ist.

17· Anlage oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Substanz Argon ist.

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