DE1169045B - Atomkernreaktor mit zylindrischem Kernaufbau und kugelfoermigem Druckbehaelter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Deutsche Kl.: 21 g - 21/20

Nummer: 1169 045

Aktenzeichen: U 7312 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 12. Juli 1960

Auslegetag: 30. April 1964

Die Erfindung bezieht sich auf einen Atomkernreaktor mit aufrecht stehendem, zylindrischem Kernaufbau, der von vertikalen Brenstofikanälen durchsetzt und in einem im wesentlichen kugelförmigen Druckbehälter eingeschlossen ist, so daß ein Ringraum von D-förmigem Querschnitt zwischen den Seiten des Kerns und der Behälterwand entsteht, wobei die Behälterwand von Leitungen zum Führen von Kühlmittel nach dem Reaktorkern und von diesem weg durchdrungen ist und wobei die Zuführungsleitung die Behälterwand im Bereich des Ringraumes mit D-förmigem Querschnitt durchsetzt und das Kühlmittel einer Verteilerleitung am unteren Kernende zugeführt und die Abführungsleitung an eine Sammelleitung am oberen Kernende angeschlossen ist.

Einer der Faktoren bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit einer Kernreaktor-Kraftanlage ist die Instandhaltung und Wartung. Die augenblickliche Lage ist so, daß die Ausführung einer vollständigen und voll selbständigen Wartung der Anlage nicht beabsichtigt ist; jedoch werden fortlaufend Anstrengungen, die sich diesem Ziel widmen, unternommen, und es ist anerkannt, daß die Wartung durch eine Schutzabschirmung, welche die unmittelbare Kernstrahlung (entweder im Betriebs- oder im Abschaltzustand) auf ein erträgliches Maß vermindert, sowie durch eine Sicherheitsabschirmung, welche die Neutronenbestrahlung von Teilen der Anlage vermindert, die andernfalls eine Aktivierung verursachen würden, die unter Umständen nachhaltig und durchdringend sein kann (beispielsweise Kobalt in Strahlenteilen), erleichtert werden kann.

Ein Kernreaktor der im vorstehenden umrissenen Art ist bereits bekannt. Derartige Reaktoren haben Druckbehälter, die im nachfolgenden mit »nichtzylindrisch« bezeichnet werden, um sie von den herkömmlichen Reaktordruckbehältern mit zylindrischen Seitenwänden und kuppeiförmigem Abschluß zu unterscheiden, wie sie beispielsweise bei Calder-Hall-Reaktoren verwendet werden.

Es ist auch bereits bekannt, Abschirmungen an der Innenseite eines Reaktordruckbehälters vorzusehen. Es gehört auch bereits zum Stande der Technik, eine Neutronenabschirmung an der Innenseite eines Druckbehälters anzubringen, um eine Strahlungsaktivierung zu verhindern, sowie eine ebenfalls an der Innenseite des Behälters befindliche biologische Abschirmung vorzusehen, damit sie in kleineren Abmessungen gehalten werden kann und somit ihr Gesamtgewicht vermindert wird. Jedoch brachten alle bisherigen Vorschläge die Einrichtung eines im Umfang Atomkernreaktor mit zylindrischem Kernaufbau
und kugelförmigem Druckbehälter

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Oranienstr. 14

Als Erfinder benannt:
Gordon Brown,
Everett Long, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 20. Juli 1959 (24 927)

erweiterten Druckkessels mit sich, um die Abschirmungen anzupassen. Wo diese Umfangserweiterung eine Zunahme der Stärke des Druckbehälters mit sich bringt (wie beispielsweise bei einem nichtzylindrischen Behälter oder bei einem zylindrischen Behälter, dessen Durchmesser vergrößert werden muß), kann die Wirtschaftlichkeit der Anlage in hohem Maße ungünstig beeinflußt werden. Durch Anwendung der Anordnung gemäß der Erfindung wird der Hohlraum in einem nichtzylindrischen Behälter, der normalerweise frei ist, nunmehr nützlich ausgefüllt, und es wird ohne irgendeine Vergrößerung der Druckbehälterabmessungen einem vorteilhaften Zweck gedient. Koaxiale Rohrleitungen zum Leiten von Kühlmittel nach einem Reaktorbehälter und von einem solchen weg sind bereits bekannt. Wenn sie jedoch bei dem seitlich gelegenen Neutronenschirm verwendet werden, ermöglicht die koaxiale Anordnung von Rohrleitungen eine Abschirmung von geringer Höhe, verglichen mit der Höhe, die notwendig ist, wenn die Rohrleitungen voneinander im Abstand gehalten sind, wie im Druckbehälter gemäß der bekannten Anordnung. Die koaxiale Anordnung ermöglicht außerdem gerade, eckenfreie Rohrleitungen zwischen einem Druckbehälter und einem Wärmetauscher, während die Abschirmung die Rohrleitungen (und den Wärmetauscher) vor einer Aktivierung schützt.

Der erfindungsgemäße Atomkernreaktor ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung die Abführungsleitung in an sich bekannter Weise koaxial

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umgibt und daß ein Neutronenschirmungsaufbau in dem Ringraum mit D-förmigem Querschnitt zwischen dem Kern und den Kühlmittelzuführungsleitungen angeordnet ist.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht im Mittelschnitt, während

F i g. 2 einen Teil davon vergrößert wiedergibt.

Gemäß der Zeichnung hat ein gasgekühlter Kernreaktor 1 einen kugelförmigen Druckbehälter 2, welcher einen aufrecht stehenden zylindrischen Kernaufbau 3 enthält und Kühlmittelleitungen 4 aufweist, die sich radial von den Öffnungen im Druckbehälter 2 her erstrecken, und zwar jede im Bereich eines Kugelabschnitts 20 von D-förmigem Querschnitt zwischen dem Kernaufbau 3 und dem Druckbehälter 2. Der Druckbehälter 2 enthält außerdem Abschirmungen 5, die zwischen dem Kernaufbau 3 und den Öffnungen für die Rohrleitungen 4 liegen. Gemäß F i g. 2 werden die Abschirmungen 5, von der Reaktorkernseite der Abschirmungen her beginnend, gebildet aus einer 3,175 mm dicken Borstahlplatte 34, einer 190,5 mm dicken Graphitschicht 35, einer weiteren Platte 34, einer 101,6 bis 215,9 mm dicken Graphitschicht 36 und aus weiteren Platten 34, die durch eine weitere Schicht 35 getrennt werden. Die Rohrleitungsseite der Abschirmung ist mit einer etwa 15 cm dicken Wärmeabschirmung 37 aus Flußstahl ver--3o kleidet. Die vom Kernaufbau 3 her kommenden Neutronen werden in den Graphitschichten 35, 36 gebremst und in den Borstahlplatten 34 absorbiert, so daß die wenigen, noch durch die Abschirmungen 5 entkommenden Neutronen keine unerträgliche Aktivität der Rohrleitungen 4 verursachen und die vorhandene Gammastrahlung bei abgeschaltetem Reaktor bis auf ein erträgliches Maß durch den Borstahl absorbiert wird. Jede Abschirmung 5 ist in der Lage, einen Fluß von thermischen Neutronen von 10¹³ Neutronen pro Quadratzentimeter und Sekunde auf der Reaktorkernseite der Abschirmung bis auf einen erträglichen Wert von 10³ Neutronen pro Quadratzentimeter und Sekunde auf der Rohrleitungsseite derselben zu reduzieren.

Der Druckbehälter 2 wird von einer etwa 3 m dicken biologischen Betonabschirmung 6 eingeschlossen, um die Strahlung außerhalb der Abschirmung bei in Betrieb befindlichem Reaktor auf einen erträglichen Wert (etwa 5 biologische Röntgenäquivalente pro Jahr) zu reduzieren, wobei Öffnungen 7 durch die Abschirmung 6 für die Verbindung der Rohrleitungen 4 mit den außerhalb liegenden Wärmeaustauschern 29 vorgesehen sind. Der Reaktorkernaufbau 3 wird innerhalb des Druckbehälters 2 durch ein Gitter 8 getragen, auf welchem Träger 9 ruhen, die die Abschirmungen 5 tragen. Der Kernaufbau 3 besteht aus einem Graphitmoderator 10, der von einer Reihe lotrechter Kanäle 11 durchsetzt wird, welche Brennstoffelemente 21 enthalten, wobei das Be- 6u schicken der Kanäle 11 von einer Beschickungsfläche 12 aus durch Beschickungsrohre 13 erfolgt, welche die biologische Abschirmung 6 durchdringen, und wobei der Druckbehälter 1 und eine Kühlmittel-Sammelkammer 14 mit den oberen Enden der Brenn- 6g Stoffelementkanäle 11 verbunden sind. Die Beschickungsrohre 13 werden durch abnehmbare Verschlußstopfen 15 druckfest abgedichtet.

Jede Kühlmittelleitung 4 enthält zwei koaxial angeordnete Rohre 16, 17, wobei das Kühlmittel in den Druckbehälter 1 durch den ringförmigen Kanal zwischen den Rohren 16, 17 eintritt, durch die Öffnungen 18 im Gitter 8 hindurchgeht, über die Brennstoffelemente 21 innerhalb der Kanäle 11 im Kemaufbau 3 strömt und in die Endkammer 14 gelangt, um den Druckbehälter 1 durch eine Reihe von Rohren 19, die mit dem inneren koaxialen Rohr 16 vermittels einer ringförmigen Rohrverzweigung 31 verbunden sind, zu verlassen. Das Kühlmittel wird durch den Druckbehälter 2 und die Wärmeaustauscher 29 in Umlauf gebracht, und zwar vermittels Gebläsevorrichtungen, die sich in Gehäusen 30 befinden, welche an den unteren Enden der Wärmeaustauscher 29 befestigt sind.

Durch die Abschirmungen 5, die sich in dem Kugelabschnitt 20 von D-förmigem Querschnitt befinden, wird sichergestellt, daß die Rohre 4 nur einer vertretbaren Aktivierung ausgesetzt werden (etwa 10⁵ thermische Neutronen pro Quadratzentimeter und Sekunde, wie oben angeführt), wenn der Reaktor sich in Betrieb befindet, und nur einer vertretbaren Gammastrahlung (etwa 0,25 Tausendstel biologische Röntgenäquivalente pro Stunde für begrenzte Zeitabschnitte), wenn der Reaktor abgeschaltet ist.

Die Wärmeaustauscher 29 befinden sich in biologischen Betonabschirmungen 22 (welche Verlängerungen der den Reaktordruckbehälter 2 enthaltenden Abschirmung 6 bilden) und werden durch radial angeordnete Säulen 23 getragen. Kugellager 25 zwischen den Säulen 23 und Konsolen 26, die mit dem Gehäuse der Wärmeaustauscher verschweißt sind, sind in einer Ebene angeordnet, die mit den Achsen der Rohre 4 zusammenfällt, um sowohl eine radiale Ausdehnung der Wärmeaustauscher 29 als auch eine Längsausdehnung der Rohre 4 zu ermöglichen. Der Druckbehälter 2 wird von radial angeordneten Säulen 27, Kugellagern 32 und Konsolen 33 in ähnlicher Weise wie die Wärmeaustauscher 29 getragen.

Wenn, wie es allgemein üblich und in den Zeichnungen dargestellt ist, der Reaktordruckbehälter und die Wärmeaustauscher längsseitig nebeneinander aufgestellt sind, ermöglicht die Erfindung die Verwendung kurzer, ecken- und kantenfreier Kühlmittelleitungen zwischen dem Druckbehälter und den Wärmeaustauschern. Die Neutronenströmung in Richtung der Rohre (ein üblicher Nachteil bei Rohren, die radial zum Reaktorkern angeordnet sind) stellen kein Problem dar, da die Abschirmungen 5 dafür sorgen, daß die meisten Neutronen vor Erreichen der Rohre absorbiert werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Atomkernreaktor mit aufrecht stehendem, zylindrischem Kernaufbau, der von vertikalen Brennstoffkanälen durchsetzt und in einem im wesentlichen kugelförmigen Druckbehälter eingeschlossen ist, so daß ein Ringraum von D-förmigem Querschnitt zwischen den Seiten des Kerns und der Behälterwand entsteht, wobei die Behälterwand von Leitungen zum Führen von Kühlmittel nach dem Reaktorkern und von diesem weg durchdrungen ist und wobei die Zuführungsleitung die Behälterwand im Bereich des Ringraumes mit D-förmigem Querschnitt durchsetzt und das Kühlmittel einer Verteilerleitung am unteren Kernende zugeführt und die Abführungs-

   leitung an eine Sammelleitung am oberen Kernende angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung die Abführungsleitung in an sich bekannter Weise koaxial umgibt und daß ein Neutronenabschirmungsaufbau in dem Ringraum mit D-förmigem Querschnitt zwischen dem Kern und den Kühlmittelzuführungsleitungen angeordnet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Belgische Patentschrift Nr. 561184; britische Patentschriften Nr. 785 945, 785 528;

   Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy, VoI 8, 1958, S. 429;

   Atomics, Januar 1957, S. 6;

   Schweizerische Bauzeitung, 8. 9. 1956, S. 541.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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