DE1228350B - Moderatoraufbau fuer einen Kernreaktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G21c

Deutsche KL: 21g-21/20

Nummer: 1228 350

Aktenzeichen: U 8967 VIII c/21 g

Anmeldetag: 17. Mai 1962

Auslegetag: 10. November 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen Moderatoraufbau für einen Kernreaktor mit einer vertikal aufeinandergestapelten Anordnung von Neutronenmoderatorblöcken aus Graphit, die in horizontalen Schichten angeordnet sind und von denen jeder mindestens einen vertikalen Kanal aufweist, wobei die Kanäle von übereinanderliegenden Blöcken miteinander fluchten, mit zwischen jeder horizontalen Schicht der Blöcke und an der Unterseite der untersten Schicht und an der Oberseite der obersten Schicht angeordneten Befestigungsgittern, von denen jedes aus einer Gruppe sich überschneidender Stäbe besteht, und mit an der Oberseite und an der Unterseite jedes Blockes vorgesehenen ineinandergreifenden Einrichtungen, die eine relative seitliche Bewegung jedes Blocks in bezug auf den Überschneidungspunkt der Stäbe unmittelbar über und unter den Blöcken verhindern.

Die Kerne vieler heterogener Reaktoren weisen eine Vielzahl von Graphitmoderatorblöcken auf, die in vielen Schichten so aufeinandergestapelt sind, daß sie einen Bau aus vertikal übereinandergestapelten parallelen Blocksäulen bilden. Jeder Graphitblock weist einen oder mehrere Kanäle auf, die in vertikaler Richtung durch diesen Block hindurchgeführt sind, um die Spaltstoffelemente, die Regelstäbe und Ver-Suchsvorrichtungen aufzunehmen und um ein Kühlmittel durchzuleiten. Die Blöcke sind so gestapelt, daß diese Kanäle relativ zueinander in Flucht angeordnet sind, so daß kontinuierliche, vertikale Leitungen durch den Kern gebildet werden.

Während des Reaktorbetriebs treten Änderungen in diesen Graphitmoderatorblöcken infolge von Verlagerungen der obenerwähnten Leitungen auf. Erstens findet eine thermische Ausdehnung statt, und da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Graphitmoderators sich im allgemeinen von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des umgebenden Konstruktionsmerkmals unterscheidet, wird der Kern bezüglich der ihn umgebenden Konstruktion örtlich verschoben. Zweitens ändern die Materialien, wie allgemein bekannt, ihre Abmessungen, wenn sie der Neutronenbestrahlung unterworfen werden. Da der Neutronenfluß in einem Reaktorkern der Größe nach von einem Ort zum andern sich ändert, sind die Änderungen der Abmessungen der Graphitblöcke in dem Teil des Reaktorkerns, in dem der Neutronenfluß am größten ist, größer als die Abmessungsänderungen in den Blöcken an Stellen geringer Neutronenaktivität. Hieraus kann eine Fehlfluchtung der obenerwähnten Kanäle resultieren.

Die Auswirkungen der Fehlfluchtung der Leitungen sind äußerst nachteilhaft. Die Verlagerung eines Moderatoraufbau für einen Kernreaktor

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission,

Germantown, Md. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:
Bill LaVon Greenstreet,
Oak Ridge, Tenn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 19. Mai 1961 (111414) - -

Regelstabkanals kann in einigen Fällen dazu führen, daß der Regelstab festgehalten wird, wodurch die Möglichkeit eines Unfalls durch den Verlust der Gewalt über den Reaktor gegeben ist. Ebenso kann ein in dem Reaktor festgeklemmtes Spaltstoffelement zu großen Schwierigkeiten und Kosten bei der Entfernung dieses Elementes führen. Darüber hinaus verursacht die Verschiebung von Kühlkanälen in sich eine Verringerung der dem Kühlmittelstrom zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche und dadurch eine Verringerung des Kühlmittelstroms selbst, was zu einer Erhöhung der Temperatur der Spaltstoffelemente oder zu einer Vergrößerung es Energiebedarfs für die Kühlmittelförderung führt. Es ist daraus zu ersehen, daß eine Veränderung der Moderatorstruktur mit höchst unerfreulichen Konsequenzen verbunden ist.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist bereits bekanntgeworden (vgl. britische Patentschrift 785 876), zur Sicherung der Moderatorblöcke ein Gitter zu verwenden, das zwischen den einzelnen Moderatorblökken liegt und aus einzelnen sich rechtwinklig kreuzenden Graphitplatten oder Stäben zusammengesetzt ist, die unter Druck aneinanderstoßen.

Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß das Graphitgitter unter Neutronenbestrahlung Änderungen in seinen Abmessungen erleidet, so daß am Gitter Verschiebungen auftreten, was sich besonders nachteilig auswirkt, wenn auf Grund einer unterschiedlichen Temperatur- und Neutronenflußvertei-

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lung über dem Reaktorkern ein unterschiedliches net. Die Blöcke sind so gestapelt, daß die Kanäle 2

Schwinden der Gitterstäbe im Mittel- und Rand- und die Öffnungen der Platte 3 in Flucht miteinander

bereich des Kerns eintritt. angeordnet sind, um eine Reihe von kontinuierlichen

Ferner ist in der bekannten Anordnung eine am vertikalen Leitungen nach oben durch den Bau zu Umfang des Gitters angeordnete Einfassung erforder- 5 bilden. Diese Leitungen sind geeignet, um die Regellich, um das Gitter zusammenzuhalten. stäbe, die Spaltstoffelemente und Versuchsproben

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- aufzunehmen und um den Kühlmittelstrom durch den

gründe, eine Gitteranordnung zu schaffen, die unter Kern zu leiten. Zwischen jeder Schicht von Blöcken

Neutronenbestrahlung keine Veränderungen in ihren und unter der untersten Schicht und über der ober-

Abmessungen erleidet und ferner ohne randseitige io sten Schicht ist ein Orientierungsgitter 4 vorgesehen,

Umfassung auskommt. das aus einem Material besteht, dessen Wärmeaus-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- dehnungskoeffizient gleich dem Wärmeausdehnungslöst, daß jedes Gitter aus einem einzigen Stück be- koeffizienten der Stützplatte 3 (das günstigste Matesteht, indem die Stäbe an den Überschneidungs- rial für diesen Zweck ist dasselbe Material wie es für punkten ineinander übergehend verbunden sind, daß 15 die Stützplatte 3 verwendet wird, d. h. Stahl) und der ferner das Material der Stäbe unter Neutronenbe- anderen Konstruktionsteile, die die Moderatorkonstrahlung in seinen Abmessungen stabil ist und daß struktion tragen, ist. Die Gitter 4 bestehen aus einer Ausrichtvorrichtungen am Moderatoraufbau ange- ersten Gruppe von Trägern oder Stäben 5, die den ordnet sind, die eine vertikale Ausrichtung aller Git- Kern in einer Richtung durchqueren, und einer zweiter relativ zueinander in dem Moderatoraufbau ge- 20 ten Gruppe von Trägern 6, die den Kern rechtwinklig währleisten. zu der ersten Gruppe durchdringen und mit dieser

Durch die Gitterausbildung gemäß der Erfindung ersten Gruppe an jeder Kreuzungsstelle 7 fest verbun-

wird ein von der Neutronenstrahlung unbeeinträch- den sind. Die Anzahl der Stäbe jeder Gruppe ist

tigtes Befestigungsgitter geschaffen, das Zugspannun- gleich der Anzahl der Moderatorblockreihen in jeder

gen aufnehmen kann und nicht wie das bekannte 25 Schicht. Auf diese Weise ist für jeden Block in der

Gitter unter Druckspannung arbeitet. Das Gitter hält entsprechenden an das jeweilige Gitter angrenzenden

die aus Graphit bestehenden Moderatorblöcke in Schicht eine Kreuzungsstelle 7 vorgesehen. Ein kreis-

ihrer beabsichtigten Lage, obgleich die Blöcke selbst förmiger Ring 8 ist fest mit den Enden der Stäbe

unter Einfluß der Neutronenbestrahlung Veränderun- verbunden und verbindet diese Enden miteinander,

gen in ihren Abmessungen erleiden können. In der 30 Die Stäbe des obersten Gitters sind fest mit einem

bekannten Anordnung unterliegen dagegen die Gitter- kreisförmigen Kanal 13 verbunden,

stäbe den gleichen Veränderungen wie die Modera- Im gleichen Abstand rund um die Peripherie des

torblöcke und können deshalb während des Betriebs Kerns und in radialer Richtung verschwenkbar an

des Reaktors keine genaue vorgegebene Lage der die Stützplatte 3 angelenkt sind mehrere vertikale

Moderatorblöcke gewährleisten. 35 Teile 10 zur Ausfluchtung vorgesehen. Stützen 11,

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung bei- die fest mit den Ringen 8 verbunden sind, stehen mit

spielsweise näher erläutert. den vertikalen Teilen 10 im Eingriff und gleiten nach

F i g. 1 zeigt einen Moderatorbau gemäß der Er- oben oder unten auf den Richtteilen 10, wenn sich

findung; der Bau in vertikaler Richtung ausdehnt oder zusam-

F i g. 2 zeigt einen einzelnen Block für den in 4° menzieht. Eine mit Öffnungen versehene obere Platte

F i g. 1 dargestellten Moderatorbau. 12 ist von dem Kanal 13 umgeben, an den die ver-

Zwischen jeder Schicht von Blöcken in einem tikalen Teile 10 mit T-förmigen Haltern 14 befestigt

Moderatorbau ist eine Gitterfassung über der obersten sind, die in Schlitze am oberen Ende jedes Teils 10

Schicht und unter der untersten Schicht angeordnet. passen.

Jedes Gitter besteht aus zwei Stab- oder Trägergrup- 45 In F i g. 2 ist eine Ansicht eines Blocks des Mopen, die sich quer zum Kern erstrecken. Die Stäbe deratorbaus, der in Fig. 1 dargestellt ist, gezeigt. Der durchdringen den Kern im rechten Winkel zueinan- Moderatorblock 1 ist mit vier Kühlkanälen 2 verder und sind an ihren Verbindungsstellen einstückig sehen. Ein Kühlkanal befindet sich in jedem Quamiteinander verbunden. Die Anzahl der Stäbe oder dranten. Der Block weist außerdem zwei Schlitze 16 Träger und der Abstand zwischen denselben muß so 50 und 17 auf, die sich im rechten Winkel am Ort der ausreichend sein, daß wenigstens ein Schnittpunkt Hauptachse des Blocks kreuzen. Die Schlitze 16 und zweier Stäbe auf jeden Moderatorblock in der an das 17 sind für die Aufnahme von Trägern 18 und 19 Gitter angrenzenden Schicht trifft. Die Fixierung der vorgesehen, die einen Teil des in F i g. 1 dargestellten Blöcke wird dadurch erreicht, daß jeder Moderator- Gitters bilden. Die Stäbe sind an ihrer Kreuzungsblock mit den Gitterverbindungsstellen oben und 55 stelle mit einem Ring 20 verbunden, der ermöglicht, unten fest verbunden ist. daß die Mitte des Blocks von einem Kanal durch-

Die Gitter werden vorzugsweise aus einem Material drungen wird, welcher zur Aufnahme von einem hergestellt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient Regelstab gedacht ist. Die Stäbe 18 und 19 stehen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kon- über die Nuten, die in dem Block 1 vorgesehen sind, struktionsmaterialien, die an anderen Stellen im Re- 60 hinaus, so daß Schlitze 21 und 22 es Moderatoraktor verwendet werden, ist. Die Gitter bestehen da- blocks, der sich in dem Bau darüber befindet, in bei aus einem Material, das seine Abmessungen nicht gleicher Weise in die Stäbe eingreifen. Auf diese unter Neutronenbestrahlung verändert. Weise ist jeder Block des Baus relativ zu dem Block

In F i g. 1 ist eine Vielzahl von Moderatorblöcken 1 darüber und darunter lagemäßig fixiert, und alle

aus Graphit dargestellt, von denen jeder mit mehreren 65 Schichten sind miteinander verbunden, so daß die

vertikalen Kanälen 2 versehen ist. Die Blöcke sind ganze Konstruktion sich in Abhängigkeit von den

in fünf Schichten vertikal übereinander auf einer mit Temperaturänderungen ausdehnen und zusammen-

Löchern versehenen Stützplatte 3 aus Stahl angeord- ziehen kann, als wäre sie gänzlich aus dem für die

Gitter verwendeten Material hergestellt. Darüber hinaus kann ein Material, das keinen Abmessungsänderungen unter Neutronenbestrahlung unterworfen ist, zur Herstellung der Gitter verwendet werden, wodurch die Schwierigkeiten, die aus der unterschiedliehen Ausdehnung und Konstruktion infolge eines nicht gleichförmigen Neutronenflusses resultieren, beseitigt werden.

Viele Abänderungen der dargestellten Ausführungsform sind im Rahmen der Erfindung möglich. *° Zum Beispiel können die Kreuzungsstellen der Gitterstäbe mit den Moderatorblöcken darüber und darunter durch Verstiftung an einer Stelle oder durch andere geeignete Vorkehrungen als die Anordnung von Schlitzen, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist, verbunden werden. Wenn ein zentraler Regelstabkanal nicht erforderlich ist, können die Träger, aus denen das Gitter besteht, an den Kreuzungsstellen ohne Verwendung des dargestellten Ringes miteinander verbunden werden. ao

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Moderatoraufbau für einen Kernreaktor mit einer vertikal aufeinandergestapelten Anordnung von Neutronenmoderatorblöcken aus Graphit, die in horizontalen Schichten angeordnet sind und von denen jeder mindestens einen vertikalen Kanal aufweist, wobei die Kanäle von übereinanderliegenden Blöcken miteinander fluchten, mit zwischen jeder horizontalen Schicht der Blöcke und an der Unterseite der untersten Schicht und an der Oberseite der obersten Schicht angeordneten Befestigungsgittern, von denen jedes aus einer Gruppe sich überschneidender Stäbe besteht, und mit an der Oberseite und an der Unterseite jedes Blocks vorgesehenen ineinandergreifenden Einrichtungen, die eine relative seitliche Bewegung jedes Blocks in bezug auf den Überschneidungspunkt der Stäbe unmittelbar über und unter den Blöcken verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gitter aus einem einzigen Stück besteht, indem die Stäbe an den Uberschneidungspunkten ineinander übergehend verbunden sind, daß ferner das Material der Stäbe unter Neutronenbestrahlung in seinen Abmessungen stabil ist und daß Ausrichtvorrichtungen am Moderatoraufbau angeordnet sind, die eine vertikale Ausrichtung aller Gitter relativ zueinander in dem Moderatoraufbau gewährleisten.

2. Moderatoraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stäbe unter rechten Winkeln schneiden und daß die Zahl der Stäbe so gewählt ist, daß wenigstens ein Uberschneidungspunkt für jeden Block in einer angrenzenden Schicht von Blöcken vorgesehen ist.

3. Moderatoraufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Flächen der Blöcke jeweils mit zwei Schlitzen versehen sind, die so angeordnet sind, daß sie sich unter rechten Winkeln in der vertikalen Achse jedes Blocks schneiden.

4. Moderatoraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtvorrichtung eine mit Löchern versehene obere Platte, die an der Oberseite der obersten Schicht der Moderatorblöcke angeordnet ist, eine mit Löchern versehene untere Tragplatte, die unter der untersten Schicht der Blöcke angeordnet ist, mehrere vertikal gerichtete Ausrichtteile, die radial um den Umfang der unteren Tragplatte gelenkig angebracht sind, Einklinkeinrichtungen, die von der oberen Platte getragen sind, um die Ausrichtteile in vertikaler Lage zu halten, und Ausrichtstützen enthält, die starr mit den Umfangen der Gitter verbunden und so angeordnet sind, daß sie an den vertikal gerichteten Ausrichtteilen auf- und abgleiten, wenn sich der Moderatoraufbau in vertikaler Richtung ausdehnt oder zusammenzieht.

5. Moderatoraufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Löchern versehene untere Tragplatte, die mit Löchern versehene obere Platte und die Gitter aus demselben Material hergestellt sind.

6. Moderatoraufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Tragplatte, die obere Platte und die Gitter aus Stahl bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 785 876.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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