DE2840086C2 - Kernreaktoranlage mit einer Auffangeinrichtung für einen abschmelzenden Reaktorkern - Google Patents

Description

a)
b)

direkt unterhalb des Abflußkanals (3) einen feuerfesten Verteilkege! (42),
darunter ein wannenförmiges, mit wasserfreien Stoffen, wie Keramik, Basalt, Asbest und ähnlichem, gefülltes Schmelzabsorberbett (43),
darunter einen Leramii,nen Tragsockel (44). der mit im wesentlichen radialen Ausbreitunysschlitzen für die event :\\ durchdringende Kernschmelze versehen ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Kernreaktoranlage ist gemäß dem älteren Patent DE-PS 27 34 810 bereits vorgeschlagen worden. Dort mündet der vertikale Abflußkanal in eine in Betonmassen eingebettete Auffangwanne, wobei die Betonmassen so dimensioniert sein sollen, daß eine ausreichende Kühlung des geschmolzenen Materials durch aufschmelzende Betonmassen gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auffangeinrichtung so auszubilden, daß nicht nur eine sichere Trennung von Reaktorsumpfwasser und Kernschmelze wie bei der Anlage nach dem älteren Patent gewährleistet ist, sondern mit der auch die Festigkeit der Sicherheitshülle erhalten und die Oxidation und Wasserstoffbildung innerhalb der Kernschmelze praktisch verhindert werden kann. Ferner sollen das Rückhaltevermögen sowie das Langzeit-Kühlverhalten für die Kernschmelze verbessert sein.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst Eine vorteilhafte Weiterbildung beinhaltet der Anspruch 2. Die mit der Erfindung erzielbaren wesentlichen Vorteile sind am Schluß der Beschreibung angegeben.

Die beiliegende Figur zeigt schematisch den Qüel¹' schnitt durch eine Kernreaktoranlage* aus der Lage Und gegenseitige Zuordnung der Auffangeinrichtung ersichtlich sind sowie die Funktion derselben erläutert wird. Diese Darstellung ist nicht maßstäblich, es sei hei dieser Gelegenheit auch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Auffangeinrichtung nicht auf leichtwassergekühlte Kernreaktoren beschränkt ist, sondern sich auch bei anderen Kernreakteranlagen in entsprechender konstruktiv bedingter Abwandlung einsetzen läßt.

ίο Der eigentliche Kernreaktor besteht aus dem Reaktorkern 11. Dieser ist vom Druckbehälter 1 umschlossen und in der sogenannten Reaktorkaverne 12 eingebaut Diese ist Teil der Betoneinbauten 13, die auf der einen Seite der Strahlungsabschirmung und auf der anderen Seite als Tragstrukturen für die übrigen Anlagenelemente, wie Dampferzeuger und sonstige Hilfseinrichtungen dienen, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt sind. Lediglich der Reaktorsumpf 14 ist dargestellt, dieser büdet einen Sammelraum für aus Primär- oder Sekundärleitungen austretendes Wasser, das von dort wieder der Notkühlanlage des Kraftwerkes zugeführt werden kann.

Die bisher besprochenen Teile der Anlage befinden

sich innerhalb einer kugelförmigen Sicherheitshülle aus Stahl 2, die nochmals von einem Betonmantel 21 mit Abstand umgeben ist.

Im Unterschied zu bekannten Konstruktionen ist die Reaktorkaverne 1ΐ nach unten nicht abgeschlossen, sondern geht in einen Abflußkanal 3 über, der in die

jo unterhalb der Sicherheitshülle 2 angeordnete Schmelzgrube 4 führt. Die dadurch notwendige Öffnung der Sicherheitshülle 2 ist mit einem Ringzuganker 22 versehen, so daß die Festigkeit dieses Bauteils von dieser Durchbrechung nicht beeinflußt wird.

$5 Der Abflußkanal 3 ist mit einer wasserfreien, feuerfesten Ausmauerung 23 aus Keramikelementen ausgekleidet, damit beim Durchfließen der Reaktorschmelze kein Wasser frei werden und damit in der Sicherheitshülle 2 ein erhöhter Dampfdruck entstehen kann. Wie bereits erwähnt, mündet der Abflußkanal 3 in die eigentliche Schmelzgrube 4, die mit einer wassergekühlten Stahlwand ausgekleidet ist. Innerhalb dieser Schmelzgrube trifft die Kernschmelze zunächst auf einen Verteilkegel 42. ebenfalls aus wasserfreiem, feuerfesten Material. Dieser Kegel 42 liegt auf einem wannenförmigen mit wasserfreien Stoffen, wie Keramik, Basalt. Asbest o. ä. gefüllten Schmelzabsorberbett 43. dessen Außenwandung wieder aus Stahl besteht. Dieses Schmelzabsorberbett 43 ist auf einem keramisehen Tragsockel Ά gelagert, der auf dem Wannenboden 41 direkt aufsitzt und mit im wesentlichen radialen Ausbreitungsschlitzen für die eventuell durchdringende Kernschmelze versehen ist.
Oberhalb des Schmelzabsorberbetts 43 ist dann noch

5·; ein kragenförmiges, wassergekühltes stählernes Strahlungsschild 45 angeordnet, das die Strahlungswärme von der umgebenden Betonstruktur abhält.

Die im Falle des höchst unwahrscheinlichen hypothetischen Unfalles entstehende, bereits eingangs erwähnte. Schmelze fließt durch den Abflußkanal 3 aus dem Einflußbereich des Sumpfwasserts 14 in die Schmelrgrube 4. ab. Zur Vermeidung eines Kontaktes der Kernschmelze mit normalem hydratisieren Beton Werden die Ausflußsfrukturen, also insbesondere der Ausflußkanal 3 mit großtechnisch herstellbaren feuerfe» slen Keramiken ausgekleidet, t. B. mit Feuerbeton, Asbest o, ä. Unterhalb dieses Abflußkanals 3 gelangt die Kernschmelze auf einen ebenfalls aus wasserfreier

Keramik aufgebauten Verteilkegel 42, der die ausfließende Schmelze auf ein ebenfalls wasserfreies Schmelzabsorberbett 43 verteilt. Neben dieser Verteilereigenschaft wirkt dieser Kegel 42 zusätzlich als Strahlungsschirm zur Absenkung des Energietransportes aus der Schmelzgrube 4 in den Sicherheitsbehälter 2.

Das Schmelzabsorberbett ist z. B. mit körnigem Basalt, Feuerbeton, Asbest o. ä. gefüllt. Die Kernschmelze, die eine wasserähnliche Viskosität aufweist, dringt in die Poren die^rcr Schüttung ein und wird zunächst unter Verbrauch der Wärmekapazitäten des Schüttbettes abgekühlt. Anschließend wird auch das Schüttbett selbst schmelzen und die dazu benötigte Schmelzwärme wird wiederum der Kernschmelze entzogen und kühlt diese weiter ab.

Gleichzeitig wird auch die stählerne Wanne des Schmelzabsorberbettes 43 aufgelöst und die Schmelze gelangt über die in einem keramischen Tragsockel 44 eingearbeiteten Ausbreitungsschlilze auf den Boden 41 der Schmelzgrube 4. Dieser Boden ist, wie auch die Seitenv/ände, mit einer Wasserkühlung versehen, so daß in .Anbetracht der inzwischen abgesenkten Temperaturen der Kernschmelze keine weitere Tempu-iaturerhöhung derselben mehr eintreten kann und diese vielmehr durch ständige Kühlung schließlich erstarrt Dieser Vorgang wird durch das bereits erwähnte kragenförmige Strahlungsschild 45, das ebenfalls wassergekühlt ist, unterstützt.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Auffangeinrichtung die Kernschmelze mit Sicherheit aus dem Bereich des Reaktorsumpfes 14 entfernt wird. Weiterhin sind durch die Verwendung wasserfreier Keramiken Oxidation und Wasserstoffbildung innerhalb der Kernschmelze praktisch ausgeschlossen. Der Wärmeeintrag in den Sicherheitsbehälter 2 aus der Kernschmelze durch Wärmeleitung ist relativ gering. Die Nachwärmeleistung der Kernschmelze, die sich in der Schmelzgrube 4 befindet kann ohne besondere Kühlung des Reaktor^ sicherheiisbehälters 2 abgeführt werden, die Rückwirkung der Kernschmelze auf diesen Behälter ist gering. Der bereits erwähnte Schmelzabsorber 43 kann dabei so ausgelegt werden, daß sein Rückhaltevermögen für die Kernschmelze mehrere Stunden beträgt, so daß die Kühlung der Wandung 41 der Schmelzgrube mit

,o Sicherheit in Gang gesetzt werden kann. Die Kühllei lungen können dabei von außen über transportierbare Pumpen mit Flußwasser bzw. in der Nähe liegendem Oberflächenwasser versorgt werden, unter Umständen kann auch hier eine Kühlkette aufgebaut werden,

,5 welche die Nachwärmeleistung der Kernschmelze über Naturumlauf im Kühlturm des Reaktors abzugeben vermag. Selbstverständlich wäre auch der Einsatz von Wärmeröhren möglich, wie er bereits eingangs zum Stand der Technik erwähnt wurde. Somit kann durch die

,α vorstehend beschriebene Auffangeinrichtung die Umgebung einer Kernreaktoranlage a ... -.ι bei einem derart schweren Reakk>runfaü unbeeinflußt gehalten werden.

Zusammenfassung

Kernreaktoranlage mit einer Auffangeinrichtung für einen abschmelzenden Reaktorkern

Die Kernreaktoran.age ist innerhalb einer kugelförmigen Sicherheitshülle (2) untergebracht Bei einem

jo Unfall äußerst geringer Wahrscheinlichkeit kann der Reaktorkern schmelzen und wird in einer Auffangeinrichtung festgehalten. Diese besteht aus einem die Sicherheitshülle (2) durchsetzenden, mit wasserfreien, feuerfesten Keramikelementen (23) ausgekleideten,

j5 vertikalen Abflußkana! (3) und einer darunter angeordneten wassergekühlten Schmelzgrube (4) (F i g. 1).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kernreaktoranlage, enthaltend den in einem Druckgefäß eingeschlossenen Reaktorkern, der aus einer Vielzahl von Brennelementen aufgebaut und innerhalb einer Betonkaverne gelagert ist, Dampferzeuger und sonstige Hilfseinrichtungen innerhalb einer druckfesten Stahl/Beton-Sicherheitshülle sowie eine Auffangeinrichtung unterhalb der Reaktorkaverne für den im Falle eines eintretenden Unfalles abschmelzenden Reaktorkern, wobei diese Auffangeinrichtung aus einem die Sicherheitshülle durchsetzenden, vertikalen Abflußkanal und einer darunter angeordneten Schmelzgrube besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Abflußkanal (3) mit wasserfreien, feuerfesten Keramikelementen (23) ausgekleidet ist, daß die Sicherheitshülle (2) mit einem Ringzuganker (22) zur Gewährleistung der notwendigen Festigkeit versehen ist und daß die Schmelzgpibe (4) eine wassergekühlte, stählerne Wandung (41) sowie ein darüber angeordnetes wassergekühltes, stählernes Strahlungsschild (45) aufweist.

2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzgrube (4) folgende innere Einbauten aufweist: