DE1059582B - Vorrichtung zum Zusammenhalten des aus einzelnen waagerecht gelagerten Graphitbloecken bestehenden Moderatoraufbaues eines heterogenen Kernreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zusammenhalten des aus einzelnen waagerecht gelagerten Graphitblöcken bestehenden Moderatoraufbaues eines heterogenen Kernreaktors, und zwar insbesondere von Reaktoren mit einem zu den Graphitblöcken senkrechten Kühlstromschacht.

Sie bezweckt insbesondere, diese Graphitblöcke durch eine gleichzeitig feste und nachgiebige Führung und Kräfteverteilung trotz ihrer Dehnungen in ihrer Lage zu halten, und zwar insbesondere ohne Veränderung der Weite des Kühlstromschachtes.

Hierfür sind erfindungsgemäß Mittel vorgesehen, die den Graphitblöcken an dem zum Kühlstromschacht weisenden Ende ein Widerlager bieten und zur Verstrebung des Kühlstromschachtes dienen, wobei diese Mittel aus einem druckfesten Material mit geringem Absorptionsquerschnitt für Neutronen bestehen und die Graphitblöcke einzeln gegen die genannten Widerlager durch elastische Mittel gedrückt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung dieser Erfindung sind die Rohre zur Verbindung zwischen den in dem Moderatoraufbau zur Aufnahme der Uranstäbe vorgesehenen Kanälen und den diese durch die Schutzschichten des Reaktors verlängernden Rohren teleskopartig ausgebildet und weisen vorzugsweise zwei Kugelgelenke auf, wobei sich die elastischen Mittel auf Teilen dieser Verbindungsrohre abstützen und sie zu verlängern suchen, um die einzelnen Graphitblöcke gegen die den Schacht verstrebenden Anschläge zu drücken.

In einer weiteren Ausgestaltung der obigen Erfindung ruht der Träger des Moderatoraufbaues auf Stützen, die ihm geringe Verstellungen einerseits von dem Schacht aus parallel zu der Längsachse der Graphitblöcke und andererseits von der lotrechten Längssymmetrieebene des Aaufbaues aus senkrecht zu diesen Blöcken gestatten; die Bewehrungen des Trägers des Moderatoraufbaues bestehen aus einem Werkstoff, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient in der Nähe des Ausdehnungskoeffizienten des Graphits liegt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Gesamtanordnung der den Aufbau bildenden Graphitblöcke durch elastische (nachgiebige oder gelenkige) Einfassungen zusammengehalten, welche miteinander durch Längsteile aus einem Werkstoff verbunden sind, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient ebenfalls dem des Graphits möglichst nahe kommt.

Bekanntlich erfährt in einem Atomreaktor der aktive Teil Dehnungen, welche teils von der Temperatur und teils von anderen Ursachen herrühren. Eine der zu lösenden Aufgaben besteht daher darin, die einzelnen Graphitblöcke so in ihrer Lage zu halten, Vorrichtung zum Zusammenhalten
des aus einzelnen waagerecht gelagerten Graphitblöcken
bestehenden Moderatoraufbaues
eines heterogenen Kernreaktors

Anmelder:
Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dr. phil. W. P. Radt₁ Patentanwalt,
Bochum, Heinrich-König-Str. 12

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 16. Jnni 1955

Lazare Henri Correc₁ Paris,
ist als Erfinder genannt worden

daß einerseits ein Zerfall des Aufbaues durch bedeutende gegenseitige Verschiebungen der Blöcke und andererseits eine Veränderung der Weite des Schachtes vermieden wird.

Das Festhalten der einzelnen Graphitblöcke darf natürlich nicht durch vollständig starre Teile erfolgen, welche die Blöcke starr miteinander verbinden, da dies infolge der unvermeidlichen Dehnungen Zerstörungen entweder des Aufbaues oder der Halteteile zur Folge haben würde.

Diese Bedingungen erfüllt die Erfindung vollständig mit einfachen Mitteln.

An Hand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist ein Schnitt eines Reaktors "mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine zu den Graphitblöcken senkrechte Ebene;

Fig. 2 ist ein Schnitt des gleichen Reaktors längs der Linie II-II der Fig. 1 in größerem Maßstab;

Fig. 3 ist ein Schnitt eines Teils des Reaktors durch eine zu der Schlitzebene senkrechte Ebene;

Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 2.

Der in den Figuren dargestellte Kernenergiereaktor weist einen durch Graphitblöcke 1 gebildeten Moderatoraufbau auf. In dem schematisch durch den Umriß 2 (Fig. 1) begrenzten mittleren Teil des Aufbaues sind Kanäle 3 zur Aufnahme der Uranstäbe vorge-

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sehen. Wie in Fig. 4 dargestellt, unterbrechen diese Kanäle die Berührungsflächen zwischen den verschiedenen Schichten von Graphitblöckeii und werden durch die Übereinanderlagerung von Längsnuten mit halbkreisförmigem Querschnitt in den Graphitblöcken gebildet.

Der Reflektor des Reaktors wird durch Graphitblöcke zwischen dem Umriß 2 und dem Umfang des Aufbaues gebildet und enthält keine Kanäle zur Aufnahme von Uranstäben, sondern gegebenenfalls nur Kühl- und Meßkanäle.

Der Kühlstromschacht 4 (Fig. 2 und 3) schneidet die Mitte der Längsachse des Reaktors, und zwar senkrecht zu den Graphitblöcken 1. Er wird durch eine nicht dargestellte Vorrichtung mit Kühlgas gespeist. Seine entsprechend der erwünschten Kühlwirkung berechnete Breite wird erfindungsgemäß durch kleine Abstandsstücke oder Stäbe 5 konstant gehalten, welche aus einem Werkstoff bestehen, welcher druckfest ist und wenig Neutronen absorbiert. Dieser Werkstoff kann z. B. Beryllium oder Zirkonium sein.

Um die Zahl der erforderlichen Abstandsstäbe möglichst zu verringern, ist jeder von ihnen an dem Zusammenstoß von drei Graphitblöcken angebracht (Fig. 4). Die Enden 6 der Stäbe 5 treten in die Graphitblöcke 1 ein, und zur Erzielung einer wirksamen Auflage an den Graphitblöcken sind Platten 7, deren Oberfläche größer als der Querschnitt der Stäbe ist, fest auf den Stäben senkrecht zu ihrer Längsachse angeordnet. Sie werden von den Enden 6 mit geringem Querschnitt durchdrungen.

Die Absiandsstäbe 5 verhindern zwar eine Verringerung der Schachtbreite, sie können jedoch nicht eine Vergrößerung derselben verhindern. Diese Vergrößerung kann in einem gewissen Bereich des Moderatoraufbaues besonders groß sein, da die miteinander in Berührung stehenden Graphitblöcke sich gegenseitig mitnehmen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, "sind die Graphitblöcke erfindungsgemäß an jedem Ende des Reaktors der Einwirkung von Federn ausgesetzt, welche sie gegen den Kühlstromschacht zuruckdrücken. DieAnfangsspannung der Federn braucht iiicht sehr groß zu sein; sie braucht nur auszureichen, üin die Reibungswiderstände zwischen den verschiedenen Graphitblockschichten überwinden zu können. Die Federn können je nach der Stelle, an welcher sie angebracht sind, verschiedene Formen haben.

An der Außenbegrenzung des Reflektors können Federblätter 8 (Fig. 2) vorgesehen werden, welche zwischen einer gegen die Graphitblöcke gelegten .!Matte 9 und einer sich auf festen Säulen 11 abstützenden Platte 10 angeordnet sind.

■ Im Bereich des eigentlichen Moderatoraufbaues, welcher die Kanäle zur Aufnahme der Uranstäbe enthält, müssen jedoch Durchlässe für diese Stäbe vorgesehen werden. Solclie sind an sich bekannt; sie bedürfen jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung einer derartigen Ausgestaltung, daß jede die Graphitblöcke zurückdrückende Feder 12 zweckmäßig einem Jxohrteleskop (Fig. 5) angehört, welches als Einführungskanal für die Uranstäbe in den Aloderatorblock dient. Einfache Rohrstutzen wären hierfür ungeeignet. Dieses Rohrteleskop umfaßt das Ende 13 eines die Wand 14 des Schntzmantels des Reaktors durchdringenden Rohres. Ein umgreifendes Rohr 15 ist auf das Ende io. aufgeschoben; die Feder 12 drückt gleichzeitig auf einen Rand 16 des Rohres 15 und gegen die Wand 14.

Um außerdem die Verformungen des Aufbaues zu berücksichtigen, welche die Kanäle 3 des Aufbaues

aus der Achsrichtung der die Wand 14 durchdringenden Kanäle bringen könnten, wird vorzugsweise für jeden Kanal 3 ein Rohrabschnitt 17 vorgesehen, welcher durch Kugelgelenke 18 und 19 zwischen dem umgreifenden Rohr 15 und einem an der Brennstoffkanalöffnung angebrachten Endstück 20 eingepaßt ist.

Die obige gelenkige Teleskopvorrichtung gewährleistet die Führung der Uranstäbe innerhalb und außerhalb des Reaktors. Ihre Feder 12 drückt außerdem beständig die Graphitblöcke in Richtung auf den Schacht zurück, dessen Breite jedoch durch die Abstandsstäbe 5 konstant gehalten wird.

Die Kombination der Abstandsstäbe 5 und der Federn 8 und 12 kann jedoch die von der Dehnung der Graphitblöcke herrührenden Nachteile nur dann zum Verschwinden bringen, wenn die Vorrichtung, die den ganzen Moderatoraufbau trägt, diesen gegenüber dem festen Untergrund nicht in der Längsrichtung so festhält, daß er durch die zwangläufig auftretenden Spannungen verformt oder gar zerstört wird.

Da der Schacht 4 eine ortsfeste Lage hat, muß daher die Tragevorrichtung des Moderatorgefüges besonders Dehnungen des Aufbaues nach beiden Seiten von diesem Schacht zulassen.

Ferner muß die Vorrichtung zum Zusammenhalten des Aufbaues bedeutende Ouerverschiebungen zwischen den aufeinanderfolgenden Schichten der Graphitblöcke verhindern. Da nämlich die Brennstoffkanäle 3 an den Berührungsflächen zwischen den Graphitblockschichten liegen (Fig. 4), würden bedeutende Ouerverschiebungen der Graphitblöcke eine Verringerung des Durchmessers dieser Kanäle verursachen und könnten ein Festklemmen der in diesen enthaltenen Uranstäbe bewirken.

Zur Verringerung der Größe derartiger Ouerversetzungen muß die Vorrichtung zum Zusammenhalten des Aufbaues so ausgebildet sein, daß sie die Symmetrie dieser Versetzungen in bezug auf die lotrechte Längssymmetrieebene des Aufbaues aufrechterhält.

Die Zusammenhaltvorrichtung des Aufbaues muß daher diesem gleichzeitige Dehnungen gestatten, die in bezug auf den Schacht und auf die lotrechte Längssymmetrieebene des Aufbaues symmetrisch sind. .

Da angenommen werden kann, daß andere als Wärmedehnungen im Reflektor gar nicht oder nur in geringem Maße vorhanden sind, der auf dem metallischen Träger ruhende Teil des Aufbaues also praktisch nur Wärmedehnungen erfährt, muß der thermische Ausdehnungskoeffizient des metallischen Trägers.etwa gleich dem des Graphits sein.

Für diesen Träger kann z. B. entweder eine Eisen-Nickel-Legierung mit 42% Nickel verwendet werden ; man kann auch einen aus verschiedenen Teilen zusammengesetzten Träger benutzen, bei dem diese Teile verschiedene Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Außerdem wird der Ouerzusammenhalt der Blöcke durch verformbare elastische Einfassungen erzielt, welche in zu dem Schacht 4 parallelen Querebenen angeordnet sind.

AVie in Fig. 2 dargestellt, wird der Moderatoraufbau in Form eines oktogonalen Prismas in jeder Hälfte von dem Schacht aus durch fünf Einfassungen gehalten, nämlich drei Doppeleinfassungen und zwei einfache Einfassungen (eine .an jedem Ende der Aufbauhäifte). -

Der untere Teil einer jeden Einfassung wird durch eine waagerechte Platte 22 gebildet, welche beiderseits unter der Unterseite des Graphitprismas hervor-

Claims (7)

ragt. Die Räume zwischen dieser Platte 22 und den schrägen Flächen des Prismas werden in der Breite der Einfassung durch waagerechte Graphitblöcke 23 ausgefüllt, deren Längsachsen zu denen des eigentlichen Moderatoraufbaues senkrecht liegen. Die dem Aufbau zugewandten Enden der Graphitblöcke 23 bilden Stufen 24, gegen die die äußeren Blöcke des eigentlichen Moderatoraufbaues stoßen. Erfindungsgemäß besteht zum Zwecke einer möglichst weitgehenden Beseitigung der von der Wärme- ίο dehnung herrührenden Gleitverschiebungen zwischen der Platte 22 und den Graphitblöcken sowie zur Vermeidung der Trennung dieser Blöcke voneinander die Platte 22 aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit z. B. 42°/o Nickel, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient von annähernd der gleichen Größe ist, wie der des Graphits. Da dieser Koeffizient außerdem klein ist (etwa 3,5 ■ 10~G pro Grad), zeigt die Platte22 nur eine geringe Neigung, sich beim Auftreten einer Temperaturdifferenz zwischen ihren beiden Seiten zu wölben. Die Platte 22 ruht ihrerseits über Zwischenplatten 25 auf einer z. B. aus Stahl bestehenden Unterlagsplatte. Jede Unterlagsplatte besteht aus vier Teilen (von denen zwei Teile 26 in dem mittleren Abschnitt, also beiderseits des Kühl Schachtes, und zwei Teile 27 in dem Endabschnitt des in Fig. 1 dargestellten Querschnitts liegen), welche in einer Flucht liegen und sich auf Klötzen abstützen. Zur Vermeidung einer Verformung der Teile 26 und 27 der Unterlagsplatten ruht jeder dieser Teile auf drei Klötzen, wird jedoch nur durch den ihn in seiner Mitte stützenden Klotz so festgehalten, daß er Gleitbewegungen in Längsachse der Graphitblöcke ausführen kann, während seine Enden sich auf den entsprechenden Klötzen frei verschieben können. Die Unterlagsplatten, die an die Einfassungen am Schacht 4 anstoßen (in Fig. 1 mit 26 bezeichnet), besitzen jedoch einen Freiheitsgrad weniger als die anderen. Jeweils ihr zur Reaktormitte zum Kühlschacht hinweisender Teil wird vollkommen festgehalten, im Gegensatz zu den Teilen der anderen Unterlagsplatten, welche sich parallel zu den Erzeugenden des Moderatoraufbaues verschieben können. Die Teile 27 tragen Flansche 28, die die Graphitblöcke 23 halten, sowie eine diese Flansche abstützende Strebe 29. Die »Bandagierung« des Graphitblocks erfolgt durch Balken 30 und 31 und Metallgurte 32, welche über drei Schuhe 33, 34 und 35 wirksam werden. Die Balken 30 und 31 und die Gurte 32 sind gelenkig miteinander verbunden. Sie unterliegen ferner der Einwirkung von symmetrisch zu der lotrechten Längssymmetrieebene des Aufbaues angeordneten Federn. Die Balken 30 sind z. B. mit der Platte 22 durch Gelenke 36 verbunden, welche gegenüber der Platte 22 gleiten können und unter der Einwirkung von Federn 37 stehen. Die durch die Federn 37 gegebene Spannung soll andere Dehnungen als thermische Dehnungen, Veränderungen auf Grund von Temperaturunterschieden zwischen dem Graphit und dem Träger sowie auf Grund etwaiger Fehler bei der Abschätzung der Ausdehnungskoeffizienten abfangen. Die Balken 31 werden ihrerseits durch Federn 38, welche sich auf dem Gerüst des Reaktormantels abstützen, gegen den Moderatorblock gedrückt. Schließlich sind die oberen Enden der Gurte 32 über Federn 41 an bei 40 angelenkten Zugstangen 39 befestigt. Da der in der lotrechten Längssymmetrieebene des Aufbaues liegende Teil einer jeden Platte 22 durch eine geeignete Sperre an einer Querverschiebung gehindert wird, gestatten die Eigenschaften der obigen Einfassungen in der Querrichtung nur symmetrische Dehnungen. Damit die in bezug auf den Schacht 4 symmetrischen Dehnungen in der Längsrichtung nicht durch den metallischen Träger gestört werden, werden die Teile 26 und 27 der Unterlagsplatten von den Klötzen 42, 43 und 44 so gehalten, daß sie sich parallel zu der Achse des Aufbaues verstellen können; die Teile von zwei benachbarten Unterlagsplatten sind durch Stangen 45 verstrebt, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient etwa der gleiche wie der des Graphits ist. Unter diesen Bedingungen nimmt der metallische Träger einfach an den symmetrischen Längsdehnungen des unteren Teils des Moderatoraufbaues teil, ohne von sich aus Verspannungen im Gefüge hervorzurufen. Die Einfassungen selbst sind in gewissen Abständen durch Stangen 46 verstrebt, die wie die Stangen 45 ausgebildet sind. Die Stangen 46, welche sich etwa um die gleiche Strecke wie die am Umfang angeordneten Graphitblöcke des Reflektors dehnen, tragen zum Zusammenhalt des Moderatoraufbaues bei, ohne ungewünschte Beanspruchungen in diesem zu erzeugen. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Zusammenhalten des aus einzelnen waagerecht gelagerten Graphitblöcken bestehenden Moderatoraufbaues eines heterogenen Kernreaktors mit einem zu den Graphitblöcken senkrechten Kühlstromschacht, gekennzeichnet durch Bauelemente, die den Graphitblöcken an dem zum Kühlstromschacht weisenden Ende ein Widerlager bieten und zur Verstrebung des Kühlstromschachtes dienen, wobei diese Mittel aus einem druckfesten Material mit geringem Absorptionsquerschnitt für Neutronen bestehen und die Graphitblöcke einzeln gegen die genannten Widerlager durch elastische Mittel gedrückt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente aus Beryllium sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente aus Zirkonium sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlager der Graphitblöcke am Kühlstromschacht durch Stäbe (5) gebildet werden, die mit Verlängerungen (6) mit geringem Querschnitt etwas in die Graphitblöcke hineinragen, und daß auf den Stäben Platten (7) angeordnet sind, die sich an den Graphitblöcken abstützen und deren Anlagefläche größer als der Querschnitt der Verlängerungen (6) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abstandsstück (5) an jedem Ende wenigstens zwei Graphitblöcken zur Abstützung dient.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Mittel aus Federblättern (8) bestehen, die ihre Kraft auf Stützplatten (9, 10) verteilen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zur Verbindung der in dem Moderatoraufbau zur Aufnahme der Uranstäbe vorgesehenen Kanäle mit