DE3047961A1

DE3047961A1 - Verfahren zum regeln und abschalten eines gasgekuehlten hochtemperaturreaktors mit einer schuettung kugelfoermiger brennelemente

Info

Publication number: DE3047961A1
Application number: DE19803047961
Authority: DE
Inventors: Cornelia Dr. 6803 Edingen-Neckarhausen Charzewski von; Wolfgang Dr. 6830 Schwetzingen Presser
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH; Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1982-07-01
Also published as: US4636350A; JPS57125388A; DE3047961C2; JPH0249477B2

Description

HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH

Köln · O8.12.8o

Int. Nr. 8006/33

Verfahren zum Regeln jund Abschal ten eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger JBrennel amente

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln und Abschalten eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, die von oben nach unten von Kühlgas durchströmt wird und deren Brennelemente nach einmaligem Durchlaufen der Schüttung den gewünschten Endabbrand erreicht haben, mit einem die Schüttung umgebenden Decken-, Boden- und Seitenreflektor, wobei zwischen dem Deckenreflektor und der Oberfläche der Schüttung ein Hohlraum vorgesehen ist, und mit einer Vielzahl von in dem Deckenreflektor angeordneten Absorberstäben, die zum Regeln und Abschalten des Hochtemperaturreaktor bis zu einer vorbestimmten Tiefe in den von den Reflektoren umschlossenen Raum einfahrbar sind.

Bekannt ist ein gasgekühlter Kernreaktor mit einem Kern aus einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, der für Abschalt- und Regelvorgänge mit Kernabsorberstäben und mit im Seitenreflektor bewegbaren Absorberstäben, im folgenden auch Reflektorstäbe genannt, ausgestattet ist (Hochtemperaturreaktor THTR-300). Bei diesem Reaktortyp werden für Anfahrvorgänge, d. h. für Steuervorgänge zur erneuten Inbetriebnahme des Reaktors nach Abschaltungen, die Kernabsorberstäbe und die Reflektorstäbe benutzt. Für die Teil- oder Schnellabschaltung sind die Reflektorstäbe und für die Voll- oder Langzeitabschaltung die Kernabsorberstäbe vorgesehen. Als Teil- oder Schneilab-

schaltung des Reaktors wird die Maßnahme bezeichnet, bei der rlnrHi s-.i'hni ^vl I«"·:; V. i n> >r i iiiji η von rivjn I i ν·· ι K'-.ikt ivit-'H in (1>·ΐι Ktii Ii tii-i. Ki'iikLor sofort unterkritisch yeinacht und für einen kurzen Zeitraumfca. 3o Minuten) in diesem Zustand gehalten wi rd.

Reflektorstäbe werden zusätzlich zur Kompensation von Übarschußreaktivität für Schneilastregelvorgänge eingesetzt.

Bei einem weiteren Kernreaktor mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente besteht die Einrichtung zur Leistungsregelung und zum Abschalten aus einem der Abschaltung und einem der Leistungsregelung dienenden Teil, wobei der der Abschaltung des Kernreaktors dienende Teil in die Schüttung einfahrbare Absorberstäbe umfaßt und der der Leistungsregelung dienende Teil von plattenförmigen Absorberelementen gebildet wird, die innerhalb der Wandung des Deckenreflektors und innerhalb des von der Schüttung und dem Deckenreflektor begrenzten Hohlraumes verschiebbar sind (Offenlegungsschrift 23 53 653). Dieser Kernreaktor nutzt den Effekt aus, daß der genannte Hohlraum stark homogenisierend auf den Neutronenfluß wirkt. Wird der Kernreaktor in der Weise betrieben, daß die Brennelemente die Schüttung nur einmal passieren, so zeigen die der Leistungsregelung dienenden Absorberelemente einen besonders großen Reaktivitätseffekt. Ein Nachteil des bekannten Kernreaktors besteht jedoch darin, daß zum Regeln und Abschalten zwei gesonderte Einrichtungen benötigt werden.

Zum Stand der Technik gehört ferner ein Kernreaktor mit Einmaldurchlauf der kugelförmigen Brennelemente, dessen Regelung mit Absorberstäben erfolgt, die im wesentlichen innerhalb des Dekkenreflektors bewegt werden (Offenlegungsschrift 21 23 894). Das Abschalten dieses Kernreaktors wird mittels besonderer Absorberstäbe vorgenommen, die ca. 1/4 bis 2/3 der Reaktor-

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kernhöhe in die Brennelementschüttung eingeführt werden. Zwei weitere bekannte Kernreaktoren mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, die den Reaktorkern nur einmal durchlaufen, verfügen über zwei voneinander unabhängige Abschaltsysteme. Ein erstes Ab sch alt sy stern dient der Voll- oder Langzeitabschaltung, die bei diesen Kerni'eaktoren mit Hilfe von Kernabsorberstäben vorgenommen wird. Das zweite Abschalt sy stem, mit dem die Teil- oder Schnellabschaltung der Kernreaktoren erfolgt, kann entweder aus Reflektorstäben bestehen (Offenlegungsschrift 24 51 748), oder es wird aus Absorberstäben gebildet, die im Deckenreflektor und in dem vom Deckenreflektor und der Brennelementschüttung begrenzten Hohlraum bewegbar sind (Offenlegungsschrift 26 12 178).

Der in der letztgenannten Schrift dargestellte Kernreaktor verfügt ebenfalls über eine Anzahl von Reflektorstäben, nur werden sie hier zur Regelung des Reaktors eingesetzt. Für die Lastanhebung von Teillast auf Vollast können auch ausgewählte Absorberstäbe des zweiten Abschaltsystems (also im Deckenreflektor und Hohlraum verfahrbare Stäbe) herangezogen werden.

Der in der Offenlegungsschrift 24 51 748 offenbarte Kernreaktor läßt sich auch mit Mehrfachdurchlauf der Brennelemente betreiben. In diesem Fall übernehmen Reflektorstäbe, die nicht zu dem zweiten Abschaltsystem gehören, die Regelaufgaben, wobei sie von einigen Kernabsorberstäben unterstützt werden können. Wird der Kernreaktor im Einmaldurchlaufverfahren mit Brennelementen beschickt, so wird die Lastregelung des Kernreaktors mit den Kernabsorberstäben vorgenommen, die im Normal betrieb die zur Erzielung eines hinreichenden Lastwechselbereiches (loo-35-loo%) notwendige Überschußreaktivität binden.

Wegen des großen Reaktivitätseffekts von absorbierendem Material im Hohlraum und im Deckenreflektor von Kernreaktoren mit einmaligem Brennelementdurchlauf genügt es, die Kernabsorberstäbe als Bank im Bereich des Deckenreflektors und im oberen Teil des Hohlraums zu verfahren; ein Eintauchen in die Brennelement schüttung ist normalerweise nicht erforderlich. Bei dieser Fahrweise sind jedoch die Kernabsorberstäbe dem hohen Fluß an thermischen und schnellen Neutronen ausgesetzt, der in dem Hohlraum und im unteren Teil des Deckenreflektors herrscht. Die thermischen Neutronen lösen in den nickelhaltigen Stählen, die das Absorbermaterial der Stabe umhüllen, n,ot-Reaktionen aus, die bei Temperaturen über 5oo bis 6oo°C zu einer Versprödung der Stähle führen. Davon sind besonders die Spitzen der Absorberstäbe betroffen, da hier kein Abschattungseffekt durch das Absorbermaterial auftritt. Die mit längerer Betriebsdauer fortschreitende Werkstoffversprödung übt einen wesentlichen Einfluß auf die Standzeit der Absorberstäbe aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, für den eingangs beschriebenen Hochtemperaturreaktor ein Abschalt- und Regelverfahren anzugeben, mit dem die Dosisbelastung der Kernabsorberstäbe durch thermische und schnelle Neutronen reduziert und somit die Lebensdauer dieser Stäbe verlängert wird.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Lastregelung des Hochteinperaturreaktors jeweils nur eine Teilmenge der Kernabsorberstäbe in den Hohlraum eingefahren wird, während die Menge der übrigen Kernabsorberstäbe in ihrer oberen Endstellung in dem Deckenreflektor gehalten wird, daß je nach der Bestrahlungsdosis die für die Lastregelung eingesetzten Kernabsorberstäbe gegen in der Endstellung befindliche Kernabsorberstäbe ausgetauscht werden und daß die Gesamtheit der Kernabsorberstäbe nur für Abschaltvorgänge eingesetzt wird.

T

Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird nur ein Teil der Kernabsorberstäbe bei Regelungsvorgängen dem hohen thermischen Neutronenfluß ausgesetzt; der andere Teil bleibt in dem Deckenreflektor und ist, zumindest an den Stabspitzen, somit weitgehend vor Neutronenbestrahlung geschützt. Durch das Austauschen von ein- und ausgefahrenen Ki.'x'nabsorborstäben laßt sich die mittlere Dosisbelastung der Gesamtheit aller Kernabsorberstäbe während der gesamten Betriebsdauer herabsetzen und der schädigende Einfluß auf den Werkstoff der Kernabsorberstäbe reduzieren. Dies wiederum führt zu einer wesentlichen Verlängerung der Standzeit der Kernabsorberstäbe.

Damit die eingefahrene Teilmenge der Kernabsorberstäbe die zur Erzielung eines hinreichenden Lastwechselbereichs notwendige Überschußreaktivität binden kann, werden diese Stäbe etwas tiefer in den Hohlraum eingefahren. Die genauen Einfahrtiefen können aus den S-Kurven der Kernabsorberstäbe (Wirksamkeit der Stäbe als Funktion der Einfahrtiefe) ermittelt werden. Vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist der Umstand, daß nach längerem Betrieb mit zunehmender Vergiftung des Reaktorkerns der Reaktivitätsbedarf für Lastwechselvorgänge geringer wird.

Wie bei dem Stand der Technik (DE-OS 23 53 653) wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Effekt ausgenutzt, daß bei Kernreaktoren mit einmaligem Durchlauf der Brennelemente die Wirksamkeit von Absorbermaterial im Deckenreflaktor und im Hohlraum unterhalb von diesem besonders groß ist. Zudem wirkt sich für die Erfindung günstig aus, daß der mittlere thermische und schnelle Neutronenfluß im Hohlraum in axialer Richtung in erster Näherung als konstant betrachtet werden kann.

Gegenüber dem bekannten Kornreaktor hat das Verfahren gemäß ii '7 F ι f i tiiliiii'i ill· η Vo rl f j 1 , tin fl niif.fr el«·· r df ι /ι! <·.< ·Ι ι -ι 1 I 11 ΐι·ι Α··}-, Kt-.iktinri dι(-jitMiiiun einrichtung, also den Keirnfibsorbers tuben, keine zusätzliche Apparatur zur Leistungsregelung benötigt wird.

Die für die Lastregelung verwendete Teilmenge der Kernabsorberstcibe kann etwa 2 5 bis 5o% der Gesamtmenge der Kernabsorberstäbe ausmachen. Bei der halben Anzahl der eingefahrenen Stäbe erhöht sich der maximale thermische Neutronenfluß im Bereich

des Deckenreflektors um etwa lo% gegenüber

dem Fluß bei allen eingefahrenen Kernabsorberstäben. Die in ihrer oberen Endstellung befindlichen Kernabsorberstäbe erhalten bei einer eingefahrenen Teilmenge von 5o% der Stäbe nur noch ungefähr 5o% der maximalen Neutronenstrahlung. Dabei schwächt sich der thermische Neutronenfluß weniger ab als der schnelle Fluß, was seine Ursache in dem thermischen "Peak" in dem Deckenreflektor hat.

Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Effekt (d.h. die Reduzierung der Dosisbelastung der Kernabsorberstäbe) läßt sich noch dadurch verbessern, daß bei einem gemäß der Erfindung geregelten Hochtemperaturreaktor die obere Endstellung der Kernabsorberstäbe in dem Deckenreflektor in Abhängigkeit von dem thermischen Neutronenfluß festgelegt ist. So verringert sich der maximale thermische Neutronenfluß im Bereich der ausgefahrenen Kernabsorberstäbe nochmals um 25%., wenn lx-i einer eingefahrenen Teilmenge von 5o% die obere Endstellung der ausgefahrenen Kernabsorberstäbe um 5o cm nach oben verlegt ist im Vergleich zu der Stabendstellung bei einer Fahrweise, die das Einfahren aller Kernabsorberstäbe bei der Lastregelung vorsieht. Wie Untersuchungen zeigen, kann bei einer Fahrweise mit der Hälfte der Kernabsorberstäbe zur Lastregelung in Verb.in-

}Λ (ca. 50 cm oberhalb der Unterkante des Deckenreflektors)

dung mit einer Höhcnverl egung der oberen St ab<?nds1 e] ] ung um 5o cm eine Reduktion der mittleren thermisehen Dosisbelastung von etwa o,6 erreicht werden.

Eine Reduktion der Dosisbelastung der Kernabsorberstäbe läßt sich auch ohne Höherverlegung der Stabendstellung dadurch erzielen, daß in der Wandung des Deckenreflektors im Bereich der ausgefahrenen Kernabsorberstäbe neutronenabsorbierende Materialien vorgesehen sind.

Wie bereits erwähnt, muß bei der Schnellabschaltung eines Kernreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente durch schnelles Einbringen von negativer Reaktivität in die Schüttung der Kern sofort unterkritisch gemacht und für ca. eine halbe Stunde in diesem Zustand gehalten werden. Für einen Hochtemperaturreaktor der eingangs beschriebenen Bauart ist ein Konzept für die Schnellabschaltung vorgesehen, gemäß dem alle Kernabsorberstäbe auf die gleiche vorgegebene Tiefe in die Schüttung eingefahren werden. Für einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelten Hochtemperaturreaktor ergibt sich nun das Problem, daß zwei Gruppen von Kernabsorberstäben, nämlich die zur Lastregelung eingesetzte Teilmenge und die Gruppe der in der oberen Endstellung verharrenden Stäbe, aus unterschiedlichen Ausgangsstellungen heraus auf gleiche Einfahrtiefe gebracht werden müssen. D. h. die beiden Gruppen müßten mit unterschiedlichem Hub gefahren werden, was eine kompliziertere Stabsteuerung erfordert.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher vorgeschlagen, daß für die Schnellabschaltung nur die zur Lastregelung eingesetzte, in dem Hohlraum befindliche Teilmenge der Kernabsorberstäbe auf die vorgegebene Tiefe in die Brennelementschüttung eingefahren

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wird und daß nur zur Langzeitabschaltung sämtliche Kernabsorberstäbe eingesetzt und in die Brennelementschüttung eingebracht werden.

Aus Berechnungen ergab sich nämlich, daß in den für die Schnellabschaltung relevanten Einfahrtiefen eine Hälfte der Kernabsorberstäbe bereits etwa 80% der Wirksamkeit der Gesamtheit der Stäbe erbringt. Wird für diese Gruppe von Kernabsorberstäben ein etwas größerer Einfahrhub gewählt, so kann die zur Prhnol !abschaltung orfonlcrlichfi R<*.ik1: ivi tat mit dioser Gruppe erreicht werden.

Das Einfahren der zweiten, in der oberen Endstellung befindlichen Stabgruppe im Falle einer LangZeitabschaltung kann von Hand vorgenommen werden. Für die zur Schnellabschaltung verwendeten Kernabsorberstäbe, die sich infolge ihres Einsatzes zur Lastregelung je nach dem Betriebszustand des Kerns in unterschiedlichen Höhen befinden können, ist ein fester Einfahrhub vorgesehen. Somit ergibt sich insgesamt eine Vereinfachung der Stabsteuerung.

Der Einsatz nu^r einer Teilmenge der Kernabsorberstäbe zur Lastregelung und Schnellabschaltung hat zur Folge, daß diese Stäbe nach längerem Vollastbetrieb zur Bindung der für Lastwechsel fahren erforderlichen Überschußreaktivität eine Norroalsteilung einnehmen, die ca. 3o - 4o cm tiefer liegt als bei einer Fahrweise mit allen Kernabsorberstäben. Die Stabspitzeri können sich dabei etwa in Höhe der Oberfläche der Brennelementschüttung befinden. Der Hub für die Schnellabschaltung mit'einer Teilmenge braucht nur ca. 3o cm größer zu sein als der bei Einsatz aller Kernabsorberstäbe erforderliche Hub.

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Die Bctr.icb.szust.Snde nach Schnei 3 ab se hai tuny sind insofVrn kritisch, als hier an den Spitzen der eingefahrenen Kernabsorberstäbe hohe Temperaturen erreicht werden, die in Verbindung mit dem Werkstoffverhalten der eingesetzten Stabmaterialien eine Begrenzung für die Stabfahrweise darstellen. Voraussichtlich werden die auftretenden Temperaturen bis in die Nähe der Grenze des derzeit Zulässigen gehen.

Um diese Situation zu verbessern und damit die Lebensdauer der Kernabsorberstäbe zu verlängern, wird in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß bei einem durch Wasser- oder öleinbruch verursachten Reaktivitätsstörfall für die Schnellabschaltung eine Fahrweise der Kernabsorberstäbe vorgesehen wird, die von der normalerweise bei der Schnei!abschaltung verwendeten Stabfahrweise abweicht. Dadurch läßt sich die normale Schnellabschaltprozedur erheblich entlasten und eine material schonende Fahrweise der Kernabsorberstäbe erzielen. Ob ein solcher gesondert zu behandelnder Störfall vorliegt, kann durch Feuchtemessungen ermittelt werden.

Anhand zweier Beispiele und zweier Figuren soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden. Das erste Beispiel ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt, wobei die Figur 1 einen Ausschnitt aus dem Stabraster eines gemäß der Erfindung geregelten Hochteraperaturreaktors zeigt und die Figur 2 einen Längsschnitt dieses Ausschnittes wiedergibt. Im zweiten Beispiel wird die Schnellabschaltung eines Hochtemperaturreaktors betrachtet.

Der im ersten Beispiel beschriebene Hochtemperaturreaktor, dessen Kern von einer Schüttung 1 kugelförmiger Brennelemente 2 gebildet wird, hat eine Leistung von 16 37 MW., . Seine Beschickung erfolgt nach dem Prinzip des einmaligen Brennelement-

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durchlaufe. Die Schüttung 1, die von oben nach unten von Kühlgas durchströmt wird, ist von einem Deckenreflektor 3 sowie von einem (nicht dargestellten) zylindrischen Seitenreflektor und einem Bodenreflektor umgeben. Zwischen dem Deckenreflektor 3 und der Oberfläche der Schüttung 1 befindet sich ein Hohlraum 4.

Der Radius des Reaktorkerns beträgt 4,15 m. Der Deckenreflektor 3 weist eine Dicke von 2 m auf und der Hohlraum 4 eine Höhe von 1 m. Die kugelförmigen Brennelemente 2 besitzen einen Durchmesser von 6 cm; sie enthalten im Mittel lo,343 g Thorium und lo,285 g Uran mit 93%iger Anreicherung. Der Füllfaktor der Schüttung 1 ist o,61.

Die Abschalt- und Regeleinrichtung umfaßt Io8 Kernabsorberstäbe 5, die in dem Deckenreflektor 3 angeordnet sind und unmittelbar in die Schüttung 1 eingefahren werden können. Außerdem verfügt dieser Hochtemperaturreaktor noch über 42 Absorberstdbe, die in der Wandung des Seitenreflektors bewegt werden können. Die Kernabsorberstäbe 5 können bis zu einer oberen Endstellung 6 in dem Deckenreflektor 3 zurückgezogen werden.

In der Fig. 1 ist das Stabraster der Io8 Kernabsorberstäbe ausschnittsweise dargestellt. Zum Abschalten des Hochtemperaturreaktors werden sämtliche Stäbe 5 bis zu einer vorgegebenen Tiefe in die Schüttung 1 eingefahren. Für die Lastregelung wird jedoch nur eine Teilmenge 5 der Kernabsorberstäbe 5 eingesetzt. Die gegenwärtig die Teilmenge 5' bildenden Stäbe 5 sind in der Fig. 1 durch schwarz ausgefüllte Kreise kenntlich gemacht. Die übrigen Kernabsorberstäbe 5, die sich in ihrer oberen Endstellung 6 befinden, bilden die Gruppe 5". um eine gleichmäßige Dosisbelastung aller Kernabsorberstäbe 5 nach längerer Betriebszeit zu erreichen, werden die jeweils den

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Gruppen 5¹ und 5" angehörenden Stäbe gegeneinander ausgetauscht.

Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel wird die Teilmenge 5¹ von 3o Kernabsorberstäben 5 gebildet. Diese haben eine Wirk-Scjnkeit von 4,8% /±K/K, wenn sie bis zur Oberfläche der Brennelementschüttung 1 eingefahren sind (die Gesamtheit aller Kernabsorberstäbe 5 würde bei gleicher Einfahrtiefe eine Wirksamkeit von ca. 7%^K/K erbringen). Demgegenüber besteht für den Lastwechsel loo% - 35% - loo% ein Reaktivitätsbedarf von 3,9% Λ K/K und für den Lastwechsel loo% - 35% ein solcher von 2,6%AK/K. Es ist für einen Lastwechsel also ausreichend, wenn die 3o Kernabsorberstäbe 5 der Teilmenge 5' innerhalb des Hohlraums 4 verfahren werden.

Berechnungen zufolge wird die für einen Lastwechsei loo% - 35% erforderliche Reaktivität von 2,6% /kK/K von den 3o Kernabsorberstäben 5 der Teilmenge 5¹ dann erbracht, wenn diese Stäbe 15 cm in den Hohlraum 4 eingefahren sind (bezogen auf die Unterkante des Deckenreflektors 3). Würden alle Io8 Kernabsorberstäbe 5 zu diesem LastwechselVorgang eingesetzt, so wäre ihre Einfahrtiefe ο cm. Der thermische Neutronenfluß (E^l,9eV) ist bei beiden Fahrweisen im Bereich der Stabspitzen etwa gleich und beträgt ca. o,19 χ Io (l/cm² see).

Ein weiterer Vergleich der beiden Fahrweisen zeigt, daß sich bei der Lastregelung mit 3o Kernabsorberstäben 5 pro Zeiteinheit eine thermische Dosisbelastung der Gesamtheit aller Stäbe ergibt, die ca. die Hälfte der bei der Io8-Bank-Fahrweise auftretenden Belastung beträgt. Bei der schnellen Neutronendosis fällt der Vergleich noch günstiger aus: sie ist pro Zeiteinheit bei der 3o-Bank-Fahrweise um etwa einen Faktor 3 geringer als bei dor Io8-Bank-Fahrweise.

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Ein weiterer Vorteil der Fahrweise mit nur 3o Kernabsorberstäben zur Lastregelung bietet sich bei der Festlegung der Schrittweite beim Verfahren der Kernabsorberstäbe 5. Da der maximale ReaktivitKtshub bei der 3o-Bank geringer ist als bei der Io8-Bank, kann die Mindestschrittweite entsprechend größer gewählt werden.

Im zweiten Beispiel wird die Schnellabschaltung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem Hochtemperaturreaktor mit kugelförmigen Brennelementen betrachtet, der einen Kernradius von 4,87 in besitzt und eine Leistung von 225o MW , hat. Die keramischen Einbauten gleichen denen des im ersten Beispiel beschriebenen Reaktors; der Deckenreflektor weist eine Dicke von 2 m auf und der Hohlraum eine Höhe von 1 m.

Die Abschalt- und Regeleinrichtung umfaßt 15o Kernabsorberstäbe, die auf einem idealen Dreieckraster in dem Deckenreflektor angeordnet sind. Zusätzlich sind noch 48 Reflektorstäbe vorhanden, die in der Wandung des Seitenreflektors bewegt und grundsätzlich bei der Schnellabschaltung mit voll eingefahren werden.

Als Abschaltreaktivität muß zunächst eine Störfallreaktivität durch Wassereinbruch von 2,2% AK/K in Rechnung gesetzt wer- ■ den. Unter Berücksichtigung des Temperaturausgleichs von Volllast auf Nullast und Abkühlung des Reaktorkerns um etwa 3oo° einschließlich eines Unsicherheitszuschlags von lo% und einer Mindestunterkritikalität von o,5% A K/K ergibt sich ein maximaler Abschaltbedarf von 6,o% Δ K/K.

Die erforderliche Stabwirksamkeit beträgt 7,5% A K/K, bei welchem Wert bereits der Ausfall der zwei wirksamsten Stäbe sowie ein lo%iger Unsicherheitsabzug berücksichtigt ist. Von

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dieser Stabwirksamkeit werden 0,8% A K/K von den 48 Reflektorstäben aufgebracht, so daß die Kernabsorberstäbe für die Schnellabschaltung noch 6,7% Δ K/K aufbringen müssen.

Werden, wie bisher vorgesehen, alle 15o Kernabsorberstäbe für die Lastregelung benutzt, so befinden sich die Spitzen dieser Stäbe nach längerem Vollastbetrieb vor der Schnellabschaltung auf einer Tiefe von 60 cm in dem Hohlraum, von der Unterkante des Deckenreflektors aus gerechnet. Der erforderliche Abschaltschub beträgt 175 cm'. Nach der Schnellabschaltung sind die Stabspitzen daher I35 cm in die Brennelementschüttung eingefahren. Wird nun die Hälfte der Kernabsorberstäbe zur Lastregelung sowie zur Schnellabschaltung eingesetzt, so sind diese Stäbe vor der Schnellabschaltung loo cm tief in den Hohlraum eingefahren, berühren also die Oberfläche der Schüttung. Der nunmehr erforderliche Abschalthub beträgt 2oo cm, so daß die Stabspitzen nach der Schnellabschaltung 2oo cm tief in die Brennelementschüttung eingetaucht sind.

Wird, wie weiter oben vorgeschlagen, die bei einem Wassereinbruch erforderliche Störfallreaktivität durch eine besondere Abschaltprozedur bereitgestellt, so beträgt der maximale Bedarf für eine "normale" Schnellabschaltung nur 3,5% Λ K/K,für die etwa 4,5% Δ K/K Stabwirksamkeit zu fordern sind. Nach Abzug der Wirksamkeit der Reflektorstäbe sind von den Kernabsorberstäben noch 3,7% A^K/^K aufzubringen. Werden alle 15o Kernabsorberstäbe für die Schnellabschaltung benutzt, so ergibt sich ein Abschaltschub von 125 cm, so daß die Stabspitzen 85 cm tief in die Brennelementschüttung eintauchen. Für den Einsatz von 75 Kernabsorberstäben wurde ein Abschalthub von 119 cm ermittelt, und die Einfahrtiefe dieser Stäbe in die Schüttung beträgt somit 119 cm. Bei einer Schnellabschaltung mit der Hälfte der Kernabsorberstäbe brauchen in

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diesem Fall die Stäbe also nur 34 cm tiefer in die Schüttung einzufahren als bei Verwendung aller Kernabsorberstäbe.

Leerseite

Claims

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Patentansprüche:

Verfahren zum Regeln und Abschalten eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, die von oben nach unten von Kühlgas durchströmt wird und deren Brennelemente nach einmaligem Durchlaufen der Schüttung den gewünschten Endabbrand erreicht haben, mit einem die Schüttung umgebenden Decken-, Boden- und Seitenreflektor, wobei zwischen dem Deckenreflektor und der Oberfläche der Schüttung ein Hohlraum vorgesehen ist, und mit einer Vielzahl von in dem Deckenreflektor angeordneten Kernabsorberstäben, die zum Regeln und Abschalten des Hochtemperaturreaktors bis zu einer vorbestimmten Tiefe in den von den Reflektoren umschlossenen Raum einfahrbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß für die Lastregelung des Hochtemperaturreaktors jeweils nur eine Teilmenge (5¹) der Kernabsorberstäbe (5) in den Hohlraum (4) eingefahren wird, während die Menge (5") der übrigen kernabsorberstäbe in ihrer oberen Endstellung (6) in dem Deckenreflektor (3) gehalten wird, daß je nach der Bestrahlungsdosis die für die Lastregelung eingesetzten Kernabsorberstäbe gegen in der Endstellung (6) befindliche Kernabsorberstäbe ausgetauscht werden und daß die Gesamtheit der Kernabsorberstäbe (5) nur für Abschaltvorgänge eingesetzt wird.

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2. V'-rf.ihren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dnß die für die Lastregelung verwendete Teilmenge (5¹) der Kern.vhiiorbiji-fitube (5) 25 bis 5o% der G'T.;urii hm-M^e der Kornabsorberstübe (5) ausmacht.
3. Mit dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 geregelter Hochtemperaturreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Endstellung der Kernabsorberstäbe in dem Deckenreflektor (3) in Abhängigkeit von dem thermischen Neutronenfluß festgelegt ist.
4. Mit dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 geregelter Hochtemperaturreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Wandung des Deckenreflektors (3) im Bereich der oberen Endstellung (6) der Kernabsorberstäbe (5) neutronenabsorbierende Materialien vorgesehen sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schnellabschaltung nur die zur Lastregelung eingesetzte, in dem Hohlraum (4) befindliche Teilmenge (5¹) der Kernabsorberstäbe (5) auf die gleiche vorgegebene Tiefe in die Brennelementschüttung (1) eingefahren wird und daß nur zur LangZeitabschaltung sämtliche Kernabsorberstäbe (5) eingesetzt und in die Brennelementschüttung

(1) eingebracht werden.

Verfahren nach Anspruch 5, ^

bei einem durch Wasser- oder öleinbruch verursachten Reaktivitätsstörfall für die Schnellabschaltung eine Fahrweise der Kernabsorberstiibe (5) vorgesehen wird, die von der normalerweise bei der Schnellabschaltung verwendeten S tab fahrweise abweicht.

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