DE3119766A1

DE3119766A1 - Vorrichtung zur unterteilung eines reaktorkerns

Info

Publication number: DE3119766A1
Application number: DE19813119766
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1980-06-06
Filing date: 1981-05-18
Publication date: 1982-05-19
Also published as: FR2484125A1; FR2484125B1; US4560531A

Description

-A-

FRAMATOME
924οο Courbevoie, Frankreich

Vorrichtung zur Unterteilung eines Reaktorkerns

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Kernreaktoren, insbsondere den Druckwasserreaktoren, wird der Reaktorkern, der aus einer Anordnung von prismatischen, im allgemeinen einen quadratischen Querschnitt aufweisenden und senkrecht angeordneten Brennelementbündeln besteht, von einer Kühlflüssigkeit, etwa Druckwasser, in Längsrichtung der Brennelementbündel durchströmt zu deren Kühlung und zum Wärmetransport vom Reaktorkern zu den Dampfgeneratoren.

Die Brennelementbündel bestehen im allgemeinen aus einer Anordnung von Spaltmaterial umschliessenden Rohren, die in Form eines Bündels durch Haltegitter vereinigt sind, die gegenüber den das Brennelementbündel bildenden Rohren quer verlaufen.

Die Anordnung des Reaktorkerns ist in einem umhüllenden Mantel angeordnet, der im allgemeinen wie der Reaktorbehälter zylindrisch ist, der den Reaktorkern und dessen in der Kühlflüssigkeit eintauchende Zusatzausrüstungen enthält.

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Diese Umhüllung muss von den BrennelemtnbündeIn des Reaktor-, kerns entfernt sein zur Verminderung der schädlichen Wirkungen der Strahlung auf das sie bildende Material. Andererseits hat die den Reaktorkern bildende Anordnung von Brennelementbündeln einen unregelmässigen Querschnitt mit Absätzen, die in den Querschnitt der Umhüllung eingesetzt sind, so dass zwischen den am Umfang angeordneten Brennelementbündeln und der Umhüllung eine brennstoffreie ringförmige Zone besteht.

Um die anfängliche Geometrie des Reaktorkerns beizubehalten, und das Kühlmittel am freien Zirkulieren in dieser Zone zu hindern und es auf den eigentlichen Reaktorkern zu kanalisieren, gibt es eine Unterteilungsanordnung, die genau die Kontur des Reaktorkerns annimmt.

Diese Unterteilungsanordnung wird auf eine Temperatur gebracht, die derjenigen des Reaktorkerns nahe kommt, mit dem sie inBerührung steht, während sich die zylindrische Umhüllung des Reaktorkerns auf einer merklich niedrigeren Temperatur befindet.

Das Kühlfluid, das einen Teil seiner Wärme an das in den Dampfgeneratoren zu verdampfende Fluid abgegeben hat, und in den Reaktorbehälter eingeführt wird, zirkuliert in Berührung mit der Aussenflache der Umhüllung des Reaktorkerns, bevor es mit den den Reaktorkern bildenden Brennelementbündeln in Berührung kommt. Dieses rezirkulierte Fluid befindet sich somit auf einer niedrigeren Temperatur als derjenigen des Reaktorkerns. Die bisher verwendeten Unterteilungsvorrichtungen bestehen aus längsgerichteten Platten, deren Länge praktisch gleich der Höhe des Reaktorkerns ist und die mit der Umhüllung des Reaktorkerns mittels querverlaufender .Verstärkungsplatten oder Halterungen starr verbunden sind, die in in der Längsrichtung der Unterteilungsplatten regelmässigen Abständen in dem den Reaktorkern

umgebenden Raum angeordnet sind.

Die Unterteilungsplatten und die zylindrische umhüllung müssen durch sehr widerstandsfähige Elemente verbunden sein, damit der Reaktorkern Erregungen, wie den z. B. bei Erdbeben ausgelösten, widerstehen kann.

Eine derartige Konstruktion muss andererseits mit grosser Abmessungsgenauigkeit ausgelegt sein, um vollkommen an die Abmessungen und die Form der den Reaktorkern bildenden Anordnung angepasst zu sein.

Durch die Temperaturdifferenz zwischen der Umhüllung des Reaktorkerns und den Unterteilungsplatten erzeugte Wärmespannungen entstehen somit in der mit der Umhüllung des Reaktorkerns starr verbundenen Unterteilungskonstruktion.

Zur Herstellung der Unterteilungskonstruktion müssen ausserdem vollkommen bearbeitete und sehr gross bemessene Platten verfügbar sein, die schwer und mit hohem Preis herzustellen sind.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, die einfach aufgebaut ist und längsgerichtete Platten verwendet, bei denen keine Endbearbeitung erforderlich ist und die Dehnungsunterschiede zwischen der Umhüllung des Reaktorkerns und der Unterteilung zulassen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird eine Ausführungsform einer Unterteilungsvorrichtung nach der Erfindung für einen Druckwasserreaktor

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- 7 anhand der Zeichnung beschreiben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Reaktorbehälters eines Druckwasserrreaktors mit einer Unterteilungsvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Detailansicht eines Teils des Reaktorkerns und der die Brennelementbündel haltenden Unterteilungsvorrichtung;

Fig. 3 eine vergrösserte Ansicht eines Teils von Fig. 2; Fig. 4 einen Schnitt A-A von Fig. 3;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführung svarian te der Verbindung zwischen den längsgerichteten Platten und den Halterungen:

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung eines Reaktors, der in einen Reaktorbehälter 1 eingeschlossen ist. Dieser ist mit Rohrleitungen 2 und 3 für den Eintritt bzw. Austritt des durch Druckwasser gebildeten Primärkühlmittels versehen, das im Betrieb die Kühlung des Reaktorkerns 4 sicherstellt.

Der Reaktorkern besteht aus senkrechten Brennelementbündeln 5, von denen jedes aus einer Anordnung von Stäben aus Brennmaterial besteht, die durch in unterschiedlichen Höhen angeordnete Gitter 6 seitlich gegeneinander gehalten werden.

Die Brennelementbündel haben einen quadratischen Querschnitt und sind nebeneinander liegend angeordnet. Die Anordnung befindet sich in einer zylindrischen Umhüllung 8, die den gesamten Reaktorkern mittels eines Tragbodens 9 trägt. Die Umhüllung 8 des Reaktorkerns ist am oberen Flansch des Reaktorbehälters aufgehängt, was die Halterung des gesamten

Reaktorkerns sicherstellt.

Die Rohrleitungen 2 für den Eintritt des Kühlwassers in den Reaktor, münden ausserhalb der Umhüllung 8 in den Reaktorbehälter 1 - Die Rohrleitungen 3 für den Austritt münden innerhalb der Umhüllung 8. Die sich im Betrieb einstellende Zirkulation hat somit einen absteigenden Verlauf im Ringraum zwischen dem Reaktorbehälter 1 und der Umhüllung 8, gefolgt von einem aufsteigenden Verlauf durch den Tragboden 9 und dem Reaktorkern 4, wobei der Tragboden 9 für den Durchtritt des Druckwassers mit öffnungen durchbrochen ist.

Fig. 1 zeigt als weitere herkömmliche Elemente eines Druckwasserreaktors die inneren oberen Ausrüstungen 14 einschliesslich der oberen Platte 15 des Reaktorkerns, wobei die Platten 9 und 15 als Halteplatten für die Brennelementbündel des Reaktorkerns dienen.

Die obere Platte 15 liegt durch das Gewicht der oberen inneren Ausrüstungen und die Klemmung des Behälterdeckels unmittelbar auf die Brennelementbündel. Die untere Platte und die obere •Platte des Reaktorkerns sind zur Zentrierung der Brennelementbündel und für den Kühlwasserdurchtritt mit zahlreichen Löchern durchsetzt.

Ausserdem sind schematisch abschirmende Platten 19 dargestellt, die sich in Längsrichtung, d. h. senkrecht, der Brennelementbündel zwischen den mit der Umhüllung 8 fest verbundenen Halterungen 17 erstrecken.

Fig. 2 zeigt die Unterteilungsvorrichtung in Höhe des Reaktorkerns, der durch ein einziges Brennelementbündel 5 schematisch dargestellt ist, das auf dem Tragboden 9 ruht und durch die obere Platte 15 in seiner Lage gehalten wird. Die Platte 15 liegt auf Federn 16 auf, über die sie den Druck der oberen Platte 15 ausübt.

Die Unterteilungsvorrichtung, besteht schematisch aus den Platten oder Halterungen 17, die waagerecht angeordnet sind, d. h. quer zur Längsrichtung des Brennelementbündels und zu den längsgerichteten Platten 19, die in jedem der Abstände zwischen zwei Halterungen 17 angeordnet und hiermit verbunden sind.

Die Platten oder Halterungen 17 sind durch Verschraubung oder ι Schweissung in Ausnehmungen 20 an der Hülle des Reaktorkerns

befestigt.

Löcher 22 durchqueren die Halterungen 17 und ermöglichen die Zirkulation des Kühlfluids in senkrechter Richtung. '

Die am Umfang des Reaktorkerns angeordneten Brennelementbündel 5 liegen über ihre Verstrebungsgitter 6 an den Halterungen 17 an, deren Abstandsverteilung derjenigen zwischen den Verstrebungsgittern 6 des Brennelementbündels entspricht.

Fig. 3 zeigt die Befestigungsvorrichtung der senkrechten Platten 19 an den Halterungen 17, wobei jede der Platten 19 in einem zwischen zwei Halterungen 17 ausgebildeten Raum angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt eine Halterung 17a auf einem beliebigen Niveau '■: längs der Höhe des Brennelementbündels und zwei Halterungen

17b, von denen die eine am Oberteil und die andere am Unterteil , des Brennelementbündels angeordnet ist.

■| Diese Halterungen bilden die Aussenteile der Unterteilungsvorrichtung.

Die senkrechten Platten19 sind mit der Halterung 17a in einer Zwischenstellung durch eine Verbindungsvorrichtung 25 verbunden. Diese enthält ein Oberteil 26 mit Gewinde, ein Mittelteil 27 mit geringem Durchmesser, ein Unterteil 28 mit einer sechseckigen Sacklochbohrung 29, die längs der Achse der Verbin-

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dungsvorrichtung 25 angeordnet ist, und eine ringförmige Schulter 48.

Die Halterung 17a hat eine Bohrung mit zwei Teilen von unterschiedlichem Durchmesser, die durch eine Schulter getrennt sind, auf der die Schulter 48 der Haltevorrichtung 25 beim Einsetzen der Unterteilungsvorrichtung aufliegt.

Die senkrechten Platten 19 sind mit der Halterung 17a durch Einschrauben des Oberteils 26 in eine Gewindebohrung verbunden, die im Unterteil der über der Halterung 17a befindlichen Platte 19 ausgebildet ist.

Die Verschraubung der Haltevorrichtung 25 erfolgt durch Eingriff einer Werkzeugs mit sechseckigem Querschnitt in die Sacklochbohrung 29. Ist die Verschraubung der Verbindungsvorrichtung 25 beendet, so liegt die Schulter 48 an der Halterung 17a an.

Die unter der Halterung 17a bsfindliche senkrechte Platte hat an ihrem Oberteil eine glatte Sacklochbohrung mit einem solchen Durchmesser, dass die Platte 19 mit dem Oberteil 28 der Verbindungsvorrichtung 25 in Eingriff kommen kann.

Jede der in einer Zwischenstellung zwischen den beiden Halterungen 17a befindlichen senkrechten Platten 19 wird daher durch Verschrauben der Verbindungsvorrichtung 25 an der an ihrem Unterteil befindlichen Halterung 17a gehalten. Dagegen wird zwischen dem Oberteil der senkrechten Platte 19 und dem Unterteil der darüber befindlichen Halterung 17a ein Spiel j aufrechterhalten.

Wenn sich andererseits die Platte 19 zwischen zwei Halterungen 17a befindet und ihr Unterteil auf der unteren Halterung ruht, stösst das Unterteil 28 der in die Sacklochbohrung in der Platte 19 eingesetzten Verbindungsvorrichtung 25 nicht am Boden

dieser Sacklochbohrung an, wo ein gewisses Spiel vorgesehen ist. Auf diese Weise können sich die Platten 19 frei senkrecht ausdehnen, d. h. in der Längsrichtung der Brennelementbündel.

Eine gegenseitige Verschiebung zwischen den an der Umhüllung starr befestigten Halterung 17 und den Platten 19, die Teil der Unterteilungsvorrichtung sind, kann auftreten durch Differenzdehnung zwischen der Umhüllung, die aussen von einem Fluid mit relativ niedriger Temperatur als der Reaktorkern umspült wird, und den Platten 19 sowie dem Ende der Halterungen, die in Berührung mit dem Umfang des Reaktorkerns stehen.

Fig. 3 zeigt auch eine Verbindungsvorrichtung 32, die die untere Halterung 17b mit der senkrechten Platte 19 verbindet.

Die Verbindungsvorrichtung 32 hat ein Oberteil 33 mit Gewinde, das in einer Gewindebohrung im Unterteil der senkrechten unteren Platte 19 eingesetzt wird, und ein Unterteil 34, das in eine die untere Halterung 17 durchquerende Bohrung 35 eingesetzt wird. DieBohrung 35 hat zwei Teile mit unterschiedlichen Durchmessern, die durch eine Schulter getrennt sind, an der eine Schulter anliegt, die zwischen den beiden Teilen mit unterschiedlichen Durchmessern des Unterteils 34 der Haltevorrichtung 32 ausgebildet ist.

Die Verbindung zwischen der oberen Halterung 17b und der senkrechten Platte 19 am Oberteil der Unterteilung erfolgt durch eine Verbindungsvorrichtung 36 mit einem Oberteil 37 . mit Gewinde und einem glatten Unterteil 38. Letzteres hat eineSchulter, die an einer Schulter einer Bohrung 39 anliegt, die die Halterung 17b durchquert und für die Verschraubung des Oberteils 37 der Haltevorrichtung 36 einen Gewindeteil aufweist.

Das Oberteil der senkrechten Platte 19 ist von einer glatten

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Bohrung 40 durchsetzt, in die das unterteil 38 der Verbindungsvorrichtung 36 eingreift, das aber beim Anbringen der Platte 19 nicht bis zum Boden der Bohrung 40 eingesetzt Wird. In gleicher Weise ist zwischen dem Oberteil der Platte 19 und dem Unterteil der oberen Halterung 17b ein Spiel j vorgesehen. Auf diese Weise kann sich die Unterteilung während Differenzdehnungen der Unterteilung und der Umhüllung 8 ausdehnen.

Die zum Reaktorkern gerichteten Seiten 41 der Platte 19 sind gegenüber den Rändern 43 der Halterungen 17 zurückversetzt. Diese Ränder. 43 sind zum Reaktorkern gerichtet und stehen mit den Verstrebungsplatten 6 der am Umfang des Reaktorkerns befindlichen Brennelementbündel 5 in Berührung.

Auf diese Weise kommen die Seiten 41 der Platten 19 mit den Brennelementbündeln nicht in Berührung, die aüsschliesslich durch den Teil 43 der Umfangsflache der Halterung 17 gehalten werden.

Diese Teile 43 sind derart bearbeitet, dass sie Abfasungen 44 aufweisen, die das Einsetzen und Herausnehmen der am Umfang des Reaktorkerns befindlichen Brennelementbündel· 5 erleichtern.

Fig. 4 zeigt die Halterungen 17 mit einer derartigen Form, dass ihr zum Reaktorkern gerichteter Teil 43 einen genau der Aussenkontur des Reaktorkerns entsprechenden Zwischenraum bildet.

Die senkrechten Platten 19 sind zwischen jeder Halterung ein wenig gegenüber der Umfangsflache des Reaktorkerns derart zurückgesetzt angeordnet, dass sie die Kontur des Reaktorkerns auf dessen gesamtem Umfang annehmen.

Wie beim Stand der Technik sind die auf einer gewissen Höhe im Reaktorkern angeordneten Halterungen nebeneinander angeord-

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net und mit der Umhüllung 8 derart verbunden, dass die Anordnung von auf diesem Niveau angeordneten Halterungen einen Querschnitt aufweist, der dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Reaktorkern und der Umhüllung 8 entspricht.

Fig. 4 Zeigt somit zwei Halterungen 7c und 7d, die einen Teil dieses ringförmigen Zwischenraums begrenzen, in dem das Druckwasser dadurch zirkuliert, dass es durch die in den Halterungen 17 ausgebildeten Löcher 22 strömt. Weitere auf demselben Niveau wie die Halterungen 17c und 17d angeordnete und in Fig. 4 nicht dargestellte Halterungen vervollständigen die die Kontur des Reaktorkerns bestimmende Anordnung.

Gemäss Fig. 4 sind die senkrechten Platten 19 gegenüber den Anlageflächen 43 der Halterungen zurückgesetzt angeordnet, die längs der die Kontur des Reaktorkerns wiedergebenden Kontur zurückgesezt angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante der Verbindung zwischen einer Zwischenhaiterung 17a und zwei senkrechten Platten 19. Diese Verbindung ist nach der Bauart von an den Aussenteilen der Platte 19 ausgearbeiteten Zapfen 14 und von an den Ober- und Unterseiten der Halterung 17a ausgearbeiteten Nuten 45. Diese Anordnung gestattet ebenfalls eine Differenzdehnung der Unterteilung gegenüber der Umhüllung 8 des Reaktorkerns.

Die Hauptvorteile der Vorrichtung nach der Erfindung bestehen in der Ermöglichung einer einfacheren Montage und Bearbeitung der. Unterteilung durch Anwendung von senkrechten Platten von begrenzter Höhe, die zwischen 'zwei aufeinanderfolgenden Halterungen und gegenüber dem Umfang des Reäktorkerns zurückgesetzt angeordnet sind.

Die Seiten 41 der Platten 19, die niemals in Berührung mit den Brennelementbündeln kommen, können verhältnismässig grob

bearbeitet werden, was die Herstellungskosten, verringert. Andererseits können diese Platten eine Differenzdehnung zwischen der Umhüllung und der Unterteilung ermöglichen, weil ihr Einbau mit einem gewissen Spiel in Längsrichtung der Brennelementbündel erfolgt.

Dieses Spiel zwischen den Platten 19 und den Halterungen 17 ermöglichen andererseits einen Druckausgleich zwischen dem Reaktorkern und dem Zwischenraum zwischen der Umhüllung und dem Reaktorkern im Fall eines zufälligen Kühlmittelverlusts.

Wie bei den bisherigen Vorrichtungen ermöglichen die Platten 19 eine Kanalisierung des Kühlfluids am Reaktorkern, wobei das Kühlfluid in den Reaktorkern durch Löcher 42 eindringt, die, wie bei Fig. 2, in der Tragplatte 9 ausgebildet sind.

Schliesslich spielen die Platten 19 ebenfalls eine Rolle beim Neutronenschutz und gegen die Gamma-Strahlung des Reaktorbehälters .

Die Erfindung ist aber nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt., sondern umfasst auch alle Varianten.

So sind andere Verbindungsarten zwischen den senkrechten Platten und den Halterungen denkbar, wobei die Erfindung nicht auf die beiden beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.

Es sind beispielsweise Befestigungsvorrichtungen mit Federn zwischen den Platten 19 und den Halterungen 17 denkbar, die Relativbewegungen der Platten gegenüber den Halterungen in senkrechter Richtung ermöglichen.

Es ist ebenfalls denkbar, dass gewisse Halterungen sich nicht gegenüber den Verstrebungsgittern befinden.

Schliesslich findet die Erfindung nicht nur Anwendung bei

Druckwasserreaktoren, sondern bei jeder Reaktorart mit einem Reaktorkern aus prismatischen Brennelementbündeln, die in einer Umhüllung nebeneinander angeordnet sind, die seitlich einen den Reaktorkern umgebenden Raum begrenzt, in dem ein Kühlfluid zirkuliert.

Die Erfindung ist insbesondere nicht auf eine Ausführungsform beschränkt, bei der die Halterungen waagerecht und die . längsgerichteten Platten senkrecht angeordnet sind.

L e e r s e i t

Claims

311976a

BEETZ-LAIVIPRECHT-BEETZ 8QQQ München 22 « Stejnsdorfstr. 10

31o-32.394P(32.395H) 18. Mai 1981

Ansprüche

Vorrichtung zur Unterteilung eines Reaktor^Jcerns aus prismatischen Brennelementbündeln, die innerhalb einer Umhüllung nebeneinanderliegen, die seitlich einen den Reaktorkern umgebenden Raum begrenzt, in dem ein Kühlfluid in Längsrichtung der Brennelementbündel zirkuliert,

- wobei die Unterteilung besteht: aus an der Umhüllung des Reaktorkerns befestigten Platten oder Halterungen, die quer zu dem Brennelementbündeln in regelmässigen Längsabständen in dem den Reaktorkern umgebenden. Raum angeordnet sind, und aus längsgerichteten Platten,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die längsgerichteten Platten (19) in den zwischen zwei aufeinanderfolgenden Halterungen (17) gebildeten Räumen gegenüber den Brennelementbündeln (5) , mit denen sie in Berührung stehen, ein wenig zurückversetzt angeordnet sind,

- dass die längsgerichteten Platten (19) mit den Halterungen (17) mit einem gewissen Längsspiel (j) verbunden sind, und

- dass die Halterungen (17) an den am Umfang des Reaktorkerns (4) angeordneten Brennelemenibündeln (5) über

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einen Teil ihrer Umfangsflache anliegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

- für den Fall von Brennelementbündeln, die aus einem -Bündel aus sehr langen Brennstäben bestehen, die durch in Längsrichtung der Brennelementbündel regelmässig beabstandete Verstrebungsgitter "in ihrer Lage gehalten werden,
dadurch gekennzeichnet,

- dass wenigstens ein Teil der Halterungen (17) über die Verstrebungsgitter (6) an den Brennelementbündeln (5) anliegt.
3. Vorrichtung nachAnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- dass jede der längsgeriehteten Platten (19) mit einem ihrer Endteile mit einem der Halterungen (17a) in Berührung steht, das den Raum mit der längsgeriehteten Platte (19) begrenzt und mit dieser Halterung (19a) durch Verschrauben verbunden ist, und

- dass ein gewisses Spiel (j) zwischen dem anderen Ende der längsgeriehteten Platte (19) und der anderen Halterung (17b) vorgesehen ist, die den Raum begrenzt, in dem diese längsgerichtete Platte angeordnet ist, die mit der zweiten Halterung (17b) über eine glatte Achse (38) verbunden ist, die in eine öffnung am entsprechenden Ende der längsgeriehteten Platte eingesetzt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- dass die längsgeriehteten Platten (19) über eine Zapfen-Nut-Verbindung (44, 45) mit den Halterungen (17) verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Umfangsteil der Halterungen (17), der mit den am Umfang des Reaktorkerns (4) angeordneten Brennelementbündel (5) in Berührung kommt, Abfasungen aufweist zur Erleichterung des Anbringens und Entfernens der Brennelementbündel (5) am bzw. aus dem Reaktorkern (4) .