DE1464284A1 - Kernreaktor - Google Patents

Description

betreffend
Kernreaktor.

Me Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren und betrifft insbesondere Snergieerzeugungsreaktoren, bei denen als Moderator und als Kühlmittel organische und andere Flüssigkeiten verwendet werden.

Die Vorteile von mit organischen Stoffen moderierten und gekühlten Reaktoren sind bereits bekannt; zu ihnen gehören z.B. der niedrige Dampfdruck, die Geringfügigkeit der radiälytisehen Schäden, die Verwendbarkeit von Kohlenstoff stählen und Aluminiunilegierungen, das Fehlen chemischer Itektionen mit Reaktormaterialien sowie gute Moderierungseigenschaften. Jedoch zeigen solche Reaktoren im allgemeinen eine niedrige spezifische Leistung, so daß sich eine erheblich Vergrößerung der zu verwendenden Menge an splatbarem Material ergibt und tlie'Kosten des Reaktors hoch werden. Zu denwweiteren Nachteilen der organisch gekühlten und moderierten Reaktoren -gehört das Auftreten hoher Leistungsspitzen in den Brennstoffelementen, die Notwendigkeit der Verwendung einer großen Zahl von Regulierstäben wegen des geringen Umwandlungsverhältnisse3 sowie hohe Verluste

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hinsichtlich des Reaktionsvermögens.

Ein Hauptziel der Erfindung besteht nunmehr darin, einen verbesserten organisch moderierten und gekühlten Kernreaktor vorzusehen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines organisch moderierten und gekühlten Kernreaktors, der bei niedrigen Brennstoffkosten mit einer erhöhten Leistungsdichte arbeitet.

Ferner sieht die Erfindung eine verbesserte Brennstoffelement- und Reaktorkernkonstruktion vor.

Weiterhin sieht die Erfindung eine vereinfachte Regelstabanordnung im Reaktorkern vor.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Verwendung von axiale Belastungen aufnehmenden Gittern innerhalb des Reaktorbehälters zu vermeiden und den Reaktorkern auf dem unteren Kopfteil des Reaktorbehälters abzustützen.

Ferner sieht die Erfindung eine vereinfachte Anordnung der Brennstoffelemente und der zugehörigen Unterstützung vor* bei der unterschiedliche axiale Ausdehnungsbewegungen der Teile des Reaktorkerns ausgeglichen werden.

Sfeiterhin sieht die Erfindung Maßnahmen vor, um den Reaktorkernraum zum Zwecke der Anordnung von Instrumenten leichter zugänglich zu machen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein als sogenannter Modul ausgebildetes Brennstoffelement und ein aus solchen Brennstoffelementen zusammengesetztes Brenn-

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8toffaggregat vorzusehen·

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematisoher Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert,

Pig. 1 ist ein teilweise schematisch gezeichneter Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kernreaktor.

Fig.. .2 ist ein, in größerem Maßstabe gezeichneter senkrechter Teilsehnitt durch den Reaktorkern der Anordnung nach Figur 1.

. Figur 2A ist eine, teilweise als Schnitt gezeichnete perspektivische Darstellung einer abgeänderten Ausbildungen form der Anordnung nach Figur 2.

igur 2B zeigt im Längsschnitt eine abgeänderte Aus- bildungsform der Anordnung nach Figur 2.

Figur 2C ist ein in größerem Maßstäbe ISezeichneter senkrechter Teilsehnitt durch die bei der Anordnung nach Figur 2B vorgesehene gitterföraige Abdichtungsplatte.

Figur 3 ist ein Querschnitt längs der Linie 3 - 3 ifl Figur. 2. . . ... .,,. . ._: .-..,.,-..-_:,..,._ - ., .. ... ... ■ . . ■...·... .: .. :

Figur 4 ist ein Querschnitt längs der Linie 4-4 ia Figur 2. " " " '■" ' '" ■■■■■■'■■■■'■■■

Figur 4A zeigt einen Ausschnitt von Figur 4 in größerem Maßstäbe. '""'■'■ ' ' ■·■·■■ ■ ' ■■ ■ ...-..■..■■...·■-,.■■'-

Figur 5 ist ein Querschnitt längs der Linie 5 ~ 5 in

Figur 2. ■ ^■■•^j/r*^u- '·■■'"■ '■ ■■' ■■■"-■·'-■■·■■· ■ ■■ ■ ' ·■.■■■■·■· .·..■■

"Figur 5A ist ein vergrößertem ^10^^^ ^Si€«^ 5; ·: 809811/ÖS53

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Pig. 6 ist eine teilweise als Schnitt gezeichnete perspektivische Darstellung der in Abschnitte unterteilten titterplatte.

Fig. 7 ist ein Sohnitt längs der Linie 7-7 in Pig. 2.

Pig. 8 ist eine teilweise als Längsschnitt gezeichnete Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Brennstoffelements.

Pig. 9 ist ein Schnitt längs der Linie 9-9 in Pig. 8.

Pig. 10 ist ein Querschnitt längs der Linie 10-10 in Pig. 8.

In Pig. 1 erkennt man den Reaktorbehälter 20 sowie die relative Anordnung und Orientierung des Reaktorkerns und des . Kühlmittelstroms. Genauer gesagt besteht das insgesamt mit 20 bezeichnete Reaktorgefäß aus einem oberen Kühlmittelzuführraum 22, einer Kernzone 24- und einem unteren Kühlmittelabfilhrungeraum 26. Eine Kühlmittelzuführungsleitung 28 führt von einer hier nicht gezeigten Einrichtung zum Ausnutzen der Wärme zu dem Zuführungsraum 22. Bas vorzugsweise organische Kühlmittel wird mil Hilfe eines Leitorgans 30 durch die Kernzone 24- zu dem unteren Kühlmittelraun 26 geleitet. Das erhitzte Küglmittel strömt länge der Außenseite der Kernzone in einem Kanal 29 nach oben und wird duroh das Leitorgan 30 zu zwei Kühlaittelausläseen 32 geführt« Bas Reaktorgefäß besitzt einen Kopfabschnitt 34, der alt abdichtender Wirkung mit einem oberen Planeoh 35 verbunden ist, welcher zwei Öffnungen aufweist; die mit 36 bezeiohneze öffnung ist für die Einrichtung 37 zum Handhaben des Brennstoffs bestimmt, währen die andere öffnung 38 den Innenraum des Gefäßes für Notfalle zugänglich macht· Außerdem ist der obere Teil des >

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tGefäßes 20 mit einer Öffnung 39 zum Entfernen von Brennstoffelementen versehen*

ν In dem oberen Baum 22 sind länge der Innenfläche des Gefäßea 20 mehrere Rohre 40 zum Speichern von Brennstoffelementen angeordnet. Bas Gestell zum Lagern von Brennstoff ist an der Innenfläohe des Reale torgefäß·· oberhalb des Reaktorkerns und außerhalb desselben befestigt. Das Gestell kann 40 Brennstoffelemente aufnehmen, so daß sowohl die Lagerung neuen Brennstoffs als auoh die Lagerung verbrauchten Brennstoffs während der Periode zum Entfernen der abklingenden Wärme möglich ist. Bas Leitorgan 30 unterstützt ein abnehmbares oberes Schutzgitter 41, das weiter unten näher erläutert wird, sowie ein mit dem Kern zusammenarbeitendes Leitorgan 42. Um das Leitorgan 42 herum ist in einem.Abstand von ihm eine Wärmeabschirmung 43 vorgesehen, die sich auf einer gelochten Trommel 44 abstutzt. Die Wärmeabschirmung 43 ist aus dickwandigem Stahl hergestellt, und die darin währen des Reaktorbetriebs erzeugte Wärme wird an das Kühlmittel abgegeben, das in den beiden Ringräumen zwischen dem Kernleitorgan 42 und der Wand des Rekatorgefäßes 20 strömt. Bas Leitorgan 42 ist herausnehmbar in eine öffnung 31 des waagereohten Leitorgans 30 eingebaut und stützt sich gemäß iig. 2 mit fort«ätzen 33 an der Wärmeabschirmung 43 ab. Die Außenfläche am oberen Teil des Leitorgans 42 ist so ausgebildet und angeordnet, d*ß im wesentlichen kein Kühlmittel aus der Zuführungskammer 22 zu dem Auslaßkanal 29 strömen kann.

Mehrere gelochte Tragsäulen 45» alt denen Brennstoffelemente auf eine noch zu erläuternde Weis· verbunden sind, sind lösbar an dem unteren Kopf stück 46 befestigt. Bas untere Kopfstück 46 hat gemäß »ig. 2A mehrere öffnungen, duroh welch· aioh

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die Betätigungsorgane für die Regulierstäbe erstrecken. Eine Kammer 47 zum Aufnehmen der Antriebseinrichtung für die Regulierstäbe ist an der unteren Platte 46 aufgehängt und erstreckt sich naoh unten in einen tiefer liegenden Raum 48· Die Tragsäulen 45 sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie damit aus einem Stack bestehende Gitterplattenteile 61 aufweisen» die jeweils an den oberen Enden der Tragsäulen 45 vorgesehen sind. Die Gitterplatten 61 dieser Ausbildungsform sind mit weiteren Einzelheiten in Fig. 6 dargestellt; sie umfassen jeweils einen zylindrischen unteren Abschnitt 62, der mit Tragsäulen 45 verbunden ist, sowie einen oberen Abschnitt 63 zum Aufnhelwen der Brennstoffelemente. Der obere Abschnitt 63 ist mit einer lagebestimmungaplatte 64 versehen, die mindestens eine Öffnung aufweist, in welche eine Hülse bzw. ein Tragorgan 64a zum Aufnehmen eines Brennstoffelements eingebaut ist. Die Gitterplatten 61 und die Hülsen 64a unterstüfcen somit die Brennstoffelemente 60.

Jig. 2A zeigt eine abgeänderte, in Abschnitte unterteilte Gitteranordnung, bei welcher das Kernleitorgan 42 mit einer unteren gitterförmigen Abdichtungsplatte 65 versehen ist, die mehrere öffnungen 66 besitzt, in die die Tragsäulen 45 mit enger Passung eingebaut sind. Bei dieser abgeänderten Ausbildungsform sind die Gitterplatten 61 als getrennte Teile ausgeführt und passen auf die oberen Enden 67 der Tragsäulen 45· Sie oberen Enden 67 und die Wändw der öffnungen 66 verhindern das H^ndurohströmen des Kühlmittels durch die öffnungen 66. Auf diese Weise kann die Verwendung der weiter unten beschriebenen unteren Tragplatte f8 (Pig. 2) vermieden werden, und die 'einzelnen Tragsäulen 45 und die Brennstoffelemente 60 werden durch die Gitterplatte 65 unterstützt, während bei der Anord-

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nung naoh Fig· 2 jeder Gitterplattenteil 61 seitlich durch die benachbarten Gitterplattentteil· 61 abgestützt wird. Bei beiden Ausbildungsformen werden die Gitterplattenteile 61 axial duroh die Tragsäulen 45 unterstützt, so daß das Gewioht des Brennstoffelements 60 ausschließlich von den !Dragsäulen 45 und dem unteren Kopfstüok 46 aufgenommen wird.

Big* 2B zeigt eine weitere abgeänderte Ausbildungsform des «khrteiligen Gittere 61 und der (Tragsäulen 45* Bei dieser Ausbildungeform ist das Leitorgan 30 kegelstümpfförmig, und es hat eine zylindrische kreisrunde öffnung 31 am unteren Ende. Mfaere Rohre 40 zum Lagern τοη Brennstoffelementen sind fest in die Kugelfläche des Leitorgans 30 eingebautund mit Kühlmittelleitungen 40a versehen, welohe die unteren Enden der Rohre 40 mit mehreren öffnungen 37 verbinden, die in der zylindrischen öffnung 31 münden. Hierdurch wird gewähleistet, daß das Kühlmittel über die gelagerten Brennstoffelemente strömt. Bei dieser Ausbildungsform ist das Schutzgitter 41 fortgelassen.

Die Wärmeabschirmung 43 wird bei dieser Ausbildungsform von der Wand des Gefäßeβ 20 getragen, und das Leitorgan 42 wird durch eine gelochte Trommel 44 unterstützt, die sioh naoh unten zum unteren Kopfstüok 46 erstreokt. Die zur Strömungsregelung dienende Gitterplatte 65 stütEt die Tragsäulen 45 nur in radlnler Sichtung ab. Eine untere, radial verlaufende Führungegitter platte 68 kann ferner zwisohen der obenen Gitterplatte 65 und

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dem unteren K pfstück 46 angeordnet sein. Bei der Ausbildungs-

form naoh Hg. 2B 1st eine Trafeaule 45 für jedes Brennstoffelement 60 vorgesehen, und jeder Tragsäule 45 ist eine Gitterplatt· 61 sum Aufnehmen des Brennstoffelements zugeordnet} diese Gitterplatte ist· am oberen Ende der betreffenden Tragsäule 45 Torge-.

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vorgesehen und dient gleichzeitig als Gehäuse für den Regulierstangenantrieb. Die Gitterplattenteile 61 sind bei dieser Ausbildungsform mit den oberen Enden der Tragsäulen 45 fest verbunden, dooh können sie gegebenenfalls lösbar angebracht sein, wie es bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 2A der Fall ist. Jede Tragsäule 45 und das zugehörigen Brennstoffelement 60 kann mit einer Regulierstange 90 versehen sein, die gemäß Fig. 20 durch Führungsorgane 89 in ihrer axialen Lage gehalten wird. Die Ttagsäulen 45 sind am oberen Ende 67 und/am unteren Ende 69 vorzugsweise mit öffnungen versehen, damit das Kühlmittel ständig durch die Kammer 26 strömen kann, um das Absetzen von Teilchen auf dem unteren Kopfstück 46 zu verhindern und die Temperatur über die ganze Länge der Tragsäulen 45 konstant zu halten.

Pig. 3 zeigt das ReaktorgefäG 20 im Querschnitt und läßt das hier seine geschlossene Stellung einnehmende Schutzgitter 41 erkennen, das sich aus zwei Teilen 49 und 50 zusammensetztJ jeder Teil des Schutzgitters umfaßt ein Gitter 51 und eine Tragorgan 52. Die Tragorgane 52 sind auf einer Lagerachse 55 drehbar gelagert und mit einem geneigten Schlitz 54 versehen, in denen ein Bolzen 55 frei verschiebbar ist. Wenn der Bolzen 55 mit Hilfe der Antriebseinrichtung 56 nftoh außen bewegt wird, werden die beiden fritterteile 49 und 50 in ihre in Fig. 3 bei 57 und 58 mit striohpunktiereten Linien angedeutete Stellung gebracht. Hierbei werden die Gitterteile um die Lageraohee 53 in einer Ebene gedreht, die durch die »itterführungen 59 festgelegt ist, um die Brennstoffelemente 60 «ugänglioh zu machen. Sie Gitterteile 51 sind so gefonfca, daß die Brennstoffelemente fiO erst dann herausgenommen werden können, wenn die Gitterhälften 49 und 50 in die Stellung 57 bew. 58 gesohmict worden sind. Die Sohuta-

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gitter verhindern, daß 'sich die Brennstoffelemente aus ihrer normalen Lage im Reaktorkern heraus bewegen, wenn aioh die Regu lierstäbe in den zugehörigen Rohren der Brennstoffelemente rerklemmen. Die Gitter sind auf dem die Strömung unterteilenden Leitorgan 30 angeordnet, bei dem es sioh um eine kreisrunde Platte handelt, die eine konzentrische kreisrunde öffnung 31 für den Reaktorkern sowie zwei Kühlmittelauslaßöffnungen 32 auf weist.

!ig. 4" ±t& ein fuersohitt durch den Reaktorkern und zeigt die Anordnung der Brennstoffelemente 60, von denen jedes einen sechskantigen äußeren Mantel 70 und ein innenliegendea Führungsrohr 71 für einen Begulierstab umfaßt. Der Hauptkanel für das Kühlmittel bzw. der Raum 72 zwiwohen dem äußeren Mantel 70 und dem führungsrohr 71 enthält gemäß Fig, A 54 Brennstoffstäbe 75. Jede Fläche des sehcskantig η Mantels 70 ist von der benachbarten Fläche fler anderen Brennstoffelemente 60 durch einen Ringraum 77 getrennt. Auf diese Weise wird eine geregelte des'Strömung des Kühlmittels durch den Kern außerhalb des Raums 72 aufrechterhalten. Die Außenfläche dea Reaktorkerns trägt eine dazu passende Brennstofif-elementtragplatte 78, und sowohl am unteren als auch am oberen Ende des Leitorgans 42 ist eine solche Tragplatte mit dem Leitorgan 42 verbunden. Bei einem vom Kühlmittel jeweils nur einmal durchströmten System, bei dem das Kühlmittel den Reaktorkern nach unten durchströmt, passiert ein Anteil vqh etwa 95?έ des Kühlmittels die Brennstoffelemente, währende der verbleibende Anteil von 5# längs der Außenseite der seohskantigen Mäntel 70 und in den Führungsrohren 71 nach unten strömt.

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch den Reaktorkern 24 und

zeigt die Anordnung der einzelnen Gitterplatten 61. Der Kern

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besteht aus 13 G_ruppen zu je sieben Elementen, die jeweils mit 80 bezeichnet sind, sowie aus sechs Gruppen zu je fünf Elementen, die jeweils mit 81 bezeichnet sind. Die je sieben Elemente umfassenden Gruppen sind in der Mitte des Kerns angeordnet, während die je fünf Elemente enthaltenden Gruppen längs deB Kernumfangs verteilt sind.. Jedes Brennstoffelement jeder Gruppe kann unabhängig aus der zugehörigen Gitterplatte 61 entfernt worden . Es sind keine Verriegelungsvorrichtungen für die Brennstoffelemente erforderlich, denn das Kühlmittel strömt innerhalb des Kerns nach unten. Weitere Einzelheiten der gegenseitigen Anordnung der Brennstoffelemente 60 und der Hitterplatte 61 gehen aus Fig. 6 hervor.

Das Brennstoffelement 60 hat ein zy^-indriches unteres Ende 85 mit einer Schulter 86, die sich jeweils am oberen Ende einer Brennstoffaufnahmehülse 64a abstützt. Zwar sind in Fig. sieben solche Hülsen 64a dargestellt, doch sei bemerkt, daß jedes Brennstoffelement mit einem gesonderten Gitter 61 und einer Hülse 64a ausgerüstet werden kann, wie es in JPig. 2B gezeigt ist. Die Hülse 64a ist mit der Lagebestimmungsplatte 64 der unterteilten Gitterplatte 61 verschweißt. Auf diese V/eise wird die senkrechte Fluehtung der Brennstoffelemente durch die Hülsen 64a aufrechterhalten. Die Hülse 64a trägt am unteren Ende mehrere Portsätze 88, die mit einer Regulierstangenführung 89 verbunden sind, in welcher die Regulierstange 90 gemäß Fig. 5A frei verschiebbar ist. Ein durch die Tragsäulen 45 unterstütztes Regulierstab-Pührungsrohr 91 erstreokt sich innerhalb der abnehm- «j

baren unterteilten Gitterplatte 61 nach oben und endet unter- g

'halb der Regulierstangenführung 89. Jedes Brennstoffelement 60

umfaßt mehrere Brennstoffs&äbe 75, ein innenliegendes Führungs- ω rohr 71 für eine Regulierstange und einen sechskantigen äußeren

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Mantel 70.

Die in Fig. 2A und 7 gezeigten Tragsäulen 45 umfassen jeweils mehrere geschlitzte Führungsrohre 91 für Regulierstangen, die fest mit der Innenfläehe der betreffenden Tragsäule verbunden sind. Bei der Ausbildungeform nach Fig. 2B können mehrere Regulierstangenführungen 89» die in Abständen über die Länge des Tragrohre *5 verteilt sind, für die einzige vorhandene Segulierstange vorgesehen sein. Jeder der Schlitze 92 ist so angeordnet, daß er der Mittelachse des Rohrs 45 zugewandt ist, so daß man einen Armstern 93 mit der Regulierstange 90 verbinden kann, die sieh in dem betreffenden Führungsrohr 91 frei verschieben läßt. Der Armstern 93 wird innerhalb des Tragrohrs 45 in der Längsrichtung mit Hilfe einer Betätigungsstange 95 bewegt, die gemäß Pig. 2 vorzugsweise in der Kammer 47 für den Antrieb der Regulierstäbe angeordnet ist. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auoh möglich, die Betätigungsaggregate für die Regulierstäbe innerhalb des Rohrs 45 anzuordnen.

Das Rohr 45 erstreckt sioh duroh die untere Platte und weist eine Schulter 96 auf, die eich an der unteren Platte 46 abstütet. Auf diese Weise gelingt es, die das gesamte Gewicht des Kerns tragende untere platte 46 außeehalb der Zone hohen Flusses und hoher Temperatur in der Umgebung des Kerns anzu&ranen. Die Einrichtung 95 zum Betätigen der Regulierstange ist mit einem unter Federspannung ebnenden Sin- und AussohlebemeohaniemuB 97 versehen, der in seiner gespannten Stellung ausgelöst werden kann, um im Bedarfefalle alle Regulierstäbe nach ' oben in den Kern 24 einzuführen. Jedes Regelstangen-Führungsrohr nach ?ig· 7 und Jedes Brennstoffelement 60 kann mit einem zügehörige*! übferwaohungerohr 98 für die Feststellung des Versagen··

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von Brennstoffelementen und zum Überwachen der Auslaßtemperatur versehen sein. Ferner ist für jede Gruppe 80 bzw. 81 ein Flußüberwachungsrohr 99 vorgesehen.

Das Brennstoffaggregat hasteht bei der bevorzugten Auebildungsform aus 13 Gruppen 80 mit je sieben Elementen und seoha Gruppen 81 mit je fünf Elementen doch kann man diesen Zahlen in Abhängigkeit von den Abmessungen des Reaktors variieren. Die je sieben Elemente umfassenden Gruppen 80 sind in der Mitte dee Reaktor kerns angeordnet, während die Gruppen 81 mit Je fünf Elementen in Umfangsabständen annähernd auf einem Kreis angeordnet sind und die Gruppen 80 teilweise umschließen. Die Elemente* 60 werden nur am unteren Ende unteratützt und sind jeweils en den Efeken eines Dreiecks in M^ttenabatänden von etwa 120 mm angeordnet. Alle Brennstoffelement· ßämtlioher Gruppen sind Ton gleicher Konstruktion und umfassen gemäß Fig. 8 jeweils eine seoheeokige Kappe 100 mit einer zentralen Öffnung 101 zum Aufnehmen eines Greif organe ι die Kappe stutet sich auf eine» Kopfstück 102 ab, das fest mit dem oberen Ende des aechskantigen äußeiten Hantele 70 Verbunden ist, und am unteren Ende des Mantels 70 ist «in Abeohlußstück 85 angebracht. Dae Kopfstüok 102 trägt auf seiner Außenseite vorzugsweise ein flexibles Organ 103» und jede Fläche des Vorspannorgane 103 besÄtt eine Berührungsfläche οdar einen Vorsprung 76, der die entepreehende Fläche 76 dee benachbarten Brennstoffelementβ 60 der bitraffenden berührt, eo daß die richtigen öitterabstände eingehalten wtrden, wenn man a£e Brennstoffelemente in' den Kern einführt, innerhalb dee Kopfstücke 102 let ein AaMstern'105 angWÖrdÄet, der an dem Führungerohr 71 für dan Regulieretab angreift -und^W eo Unterstützt, daß es eioh lange !

Mittelaöhse dee Brifittnilöffeleaents 60 erstreckt.

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Der Kaum 72 zwischen dem seohakantigen äußeren Mantel fO und dem aeohskantigen innenliegenden führungsrohr 71 für die • Regulieratange enthält 54 Brennstoffetäbe 75. Jeder Brennstoffstab 75 besteht aus einem APM-Rippenrohr 106 mit einem oberen Stopfen 107, einer feder» einem Raum 108 für ein ohemisoh neutrales Gas, einem Abstandsstück 109 aus keramischem Material und mehreren kleinen Körpern 110, dia spaltbares Material enthalten, i.B. TTO₂* UO, UO₂-ShO. Man kann jedoch auoh andere TJmhüllungsmaterialien verwenden, und der eigentliche Brennstoff kann ebenfalls die form von Stäben erhalten. Die Brennstoffkörper 110 werden duroh ein unteres Abstandsstück 111 aus keramischen Material auf einem unteren Stopfen 118 abgestützt, den das untere Inde des Rohre 106 abdichtet· Der untere Stapfen 112 trägt einen fort sat a 113 von kleinerem Durohmeaaer, der in eine öffnung einer Halteplatte 114 für die Brennstoffstäbe hineinragt·

Die Halteplatt· 114 wird duroh den äußeren Mantel 70 star» abgestützt und ist am unteren Bade dee Mantels 70 angeordnet. Gemäß fig. 9 weist die Halteplatte 114 sahlreiohe auf den Schnittpunkten eines Dreieokgittera angeordnete Öffnungen 115 •um Aufnehmen je eines der Tortsätse 113 auf, und jede öffnung 115 ist von mehreren Kühlmit-telabflußlöohern Hf umgeben· Auf diese Welse werden die Brennstoff stab« 75 an ihren unteren Inden nur axial unteretütit, und ihre seitliohe Abatütsung erfolgt durch die Berührung awisohen den sohraubenlinienförmigen Rippen benachbarter Brennstoffstäbe unter sich und dem äußeren Mantel 70 und dem führungsrohr 71 für den Regulieratab. Die

Zwischenräume der Brennstoffstäbe bilden den sich duroh den Kern

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erstreckenden Hauptkanal für das Kühlmittel. Das Absohlußstüok 85 wird gemäß fig. β jeweils τοη einer der Hülsen 64a auigenom- »e». Sas Kopfetttok 102 ™*fä Jtom*&**tkQk 85 bestehen

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zugsweise aus nichtrostendem Stahl. Der äußere Mantel 70, daa Führungsrohr 71 und das Rippenrohr 106 bestehen aus dem unter der gezeichnung APM erhältlichen Material, d.h. sie sind durch Strangpressen aus einer gesinterten legierung hergestellt, webhe sioh aus fein pulverisiertem Aluminium- und Aluminiumoxyd zusammensetzt. Das APM-Material ist mit UO₂ u&ü ^dem organischen Kühlmittel vertikalen und hat die erwünschte geringe Neutronenabaorptionsfähigkeit. Bei der bevorzugten Ausbildungsform naoh Fig. 10 hat das Rippenrohr 106 zwölf Rippen 1G7 mit einer Höhe von je etwa 2,36 mm, wobei sich eine Schraubenwindung über eine Iiänge von etwa 1220 mm erstreckt, so daß über die aktive Länge des Brennstoffs tabes zwei Windungen vorhanden sind. Das organieohe Kühlmittel ist vorzugsweise ein öemisoh etwa 105< Orthoterphenyl, 60J< Jietaterphenyl 30# Paraphenyl. Normalerweise enthält das Kühlmittel außerdem etwa 30J< der Zersetzungsprodukte, die bei der Bestrahlung dea Kühlmittels entstehen. Sie Korroeionsgesohwindigkeit der angegebenen Materialien liegt bei der

bevorzugten Betriebstemperatur auf einem niedrigen Wert, und es besteht nioht die Gefahr einer chemischen Reaktion mit dem Brennstoff, der APM-Verkleidung oder dem Wasser. Die Kennwerte des Reaktors in seiner bevorzugten Ausbildungsform, der mit einem solchen Moderator und Kühlmittel arbeitet, sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.

(Tabelle I

Thermische Leistung, MW 160

Kühlmittel-Mntrittstemperatur, ⁰O 340

Kühlmittel-Austrittstemperatur, °0 370

Gesamter Kuhlmitteldurchsatz, kg/h 8,2 κ ΙΟ⁶

Höchstgeschwindigkeit im Brennstoffkanal, m/seo 6,15

Aktive Höhe des Kerns, m 2,45

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^ ί*··^:-'■·■■ -15- 1A-24

Aktiver Kerndurohmesser, m 1,39

'■■■'· HöcHsttemperatur der Verkleidung, ⁰C 455 '

Zahl der Brennstoffelemente. 121 ,

Zahl der Antriebe für Sioherheitaatäbe 13

Zahl der Sioherheitaatäbe 78

Gtesämtfüllüng des Kerns*kgUQ^ 7550

öe samt füllung des Kerns, kg ?:- 664-0 :

Mittlere spezifisohe ieiatung, kW/kg U 24,1

Leistungsdiohte dee Kerne, kW/ltr 43,0

Anreicherung des zügefüiirten Brennstoffs

(Vo) 3,0

Dampfturbine und Generator

Elektriaohe Bruttoleistung» MWe Elefctrieoh« 5ettoi«iBtung, MWe ^r Dampf druck an ,der,turbine, atü Dampftemperatur an der Turbine, ⁰O SpeieewaBsertemperatur, ⁰O

aeaiate Dampf durohs&ta- öh der lurbinendroeeel, kg/h

Hettowirkungsgrad der Anlage, # Thermisohe und Ströaungeangaben" über den Kern

56,>	0	000	i
51,	3
70
355
208
267
32,

Anteil de» um, die prenna t off elemente ., , herumgeleiteten Cteeamtduroheatzes 0,05

Kernanprdnung -gsaäß der bevorzugten Ausbildungafora gewährleiatet eine» gefahrloseii Betrieb, «ine hohe Leietangsdiohte und niödriga Brennetoffkosten, denn dar kleine Durohmeeaer der Brennstoff»täbe ^oa, etwa 13,7 mm sowie, die auegedehnte Oberfläche der Verkleidung liefern eine hohe apeeifisohe Leietttn« und eine starke tlntersiödWierung, so daß si oh. ein großer negativer* Temperaturbeiwert d&r Reaktivität» ein hohes UmwandlungaTerhältnis und ein nur langsam ansteigender Verltiet an ReaktiTitÄt ergibt. Hierdiairoh wird der Bedarf an Ββ£ΐϊϋβ*ν

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j stäben auf ein Mindestmaß üer&bgeeetz-ty und die Brennatoffkoatön verringern⁴ sioh. Die eng gepackte Anordnung des Kerne

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führt zu einer Erhöhnung der Volumetrisehen Leistungsdichte, so dai3 die L istungsspitzen der Brennstoffelemente herabgesetzt werden und das organische Material in geringerem Ausmaß geschädigt wird. Nachstehend sind die Raumanteile der Zellen auf der Basis des Betriebs im heißen Zusiind ohne Berücksichtigung der Regulierstäbe aufgeführt.

Tabelle II

Raumanteile der Zellen Material Raumanteil

U0₂-Brennstoff 0,1954

APM-Verkleidung und Rippen 0,1518

Organisches Kühlmittel 0,4146

APM-Kästen 0,1465

Organische Stoffe außer Kühlmittel 0,1117

Die kernphysikalisohen Charakteristiken entsprechen bei der bevorzugten Ausbildungsform den nachstehenden Angaben auf der Basis eines Anreicherung von 2,5$ in der mittleren Hälfte des Kerne und bei einer Anreicherung des Restes auf nominell , wie es für· die anfängliche Kernfüllung erforderlich ist.

!Tabelle III

f ^den ursprünglichen Kern 1,125

thermisch 3 χ 10¹⁵

Mittlere Kernbelastung bei Gleichgewicht 9000

Mittlere Belastung der Brennstoffelemente bei t.;_v Entnahme 17500 Mwd/MTU

Plutoniumkonzentration im entnommenen Brennstoffelement ; 8,32 g P_u/kg TJ

Die Regulierstäbe 90 werden vorzugsweise in Gruppen zu seohs Stäben zusammengefaßt, wobei jede Gruppe durch einen ein-V ζigen Antrieb betätigt wird, um die Regulierstäbe in sechs Brennstoffelementen zu bewegen, welche auf einem Kreis angeordnet '

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sind, der das nicht mit einer R_egulierstange versehene siebente Brennstoffelement umgibt. Bei den fünf Brennstoffelemente umfassenden Gruppen werden die Regulierstäbe vorzugsweise in Gruppen zu vier Stäben zusammengefaßt. Bei der bevorzugten Ausbildungsform ist somit die Zahl der Regulierstäbe in jeder Gruppe kleiner als die Zahl der Brennstoffelemente. Wenn jedooh jedes Brennstoffelement ein gesondertes Gitter und eine Tragsäule 45 umfaßt, kann man Regulierstäbe für alle Brennstoffelemente vorsehen. Ss sind 13 Regulierstabantriebe und 76 Brennstoffelemente vorhanden, fur die Regulierstäbe vorgesehen sind. Jeder Regulierstab besteht aus einem einen Außendurohmeaaer von etwa 25 mm aufweisenden Zylinder aus BjO, der von einem Mantel aus Stahl mit einer Wandstärke von etwa 2,3 mm umsohlos-sen ist. Bei dieser Anordnung der Regulierstäbe kann das Rohr 71 des zentral angeordneten Elements 60 jeder Gruppe 81 sum Überwachen des Flusses dienen oder zu anderen Versuchsarbeiten verwendet werden. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Tragsäulen für die Brenn-, stoffelemente ist das zentrale Brennstoffelement.jeweils über das Flußüberwaohungsrohr 99 leioht zugänglich.

Man erkennt somit, daO die Erfindung eine vereinfachte Anordnung eines Reaktorkerns mit Brennstoffelementen vorsieht, denn der Kern 1st gleichachsig alt einem einzigen unteren Kopfflanaoh angeordnet und an diesem angebracht, woduroh sich die Heretellungskoeten auf ein M₁n4estmaf verringern. Die Verwendung der oberen Gitterplatte wird vermieden, woduroh die Kosten weiter herabgesetzt werden, und Neutronen absorbierendes Material aus der Umgebung des Kerns ferngehalten wird· Die Teilaggregate, auf denen die Brennstoffelemente angeordnet sind, und die radioaktiv weren, sind als herausnehmbare und austauschbare Einheiten

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ausgebildet. Das Auswechseln und I_natandsetzen weiterer Hilfseinrichtungen z.B. der Regulierstabaggregate, der Temperaturiiberwaohungsgeräte, der Kanäle zum Ü"berwjcchen des Neutronenflusses und die Leitungen zum Entnehmen von Kühlmittelproben wird wesentlich erleichtert. Ferner erleiohtert die gleichmäßige Verteilung der Regelwirkung durch die Verwendung zahlreicher R_egulierstäbe von einfacher Form die Regelung der Leistungaverteilung, und die Zahl der Regelstangenarfcriebe wird durch ihre Zusammenfassung zu Gruppen gemäß der bevorzugten Ausbildungsform verkleinert.

Es sei bemerkt, dag man bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeiapielen die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereioh der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche]}

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Claims (1)

1. -19- 1A-24 268

   1 . Tragkonstruktion, gekennzeichnet durch mindestens ein Brennstoffelement, ein in Abschnitte unterteiltes Gitter mit Mitteln, um das Brennstoffelement längs einer Aohse herausnehmbar su unterstützen, sowie einen Kiihlmittelkanal, der mit dem in Abschnitte unterteilten Gitter verbunden ist, um das Gitter unftA das Brennstoffelement su unterstützen.

   2. Tragkonstruktion, g e k e η η «eic h η β t durch mindestens ein Brennstoffelement, ein in Abschnitte unterteiltes Gitter mit Mitteln, um das Brennstoffelement längs einer Achse herausnehmbar su unterstutsen, einen Kuhlmittelkanal, der mit dem in Abschnitte unterteilten Gitter verbunden ist, um das Gittej und das Brennstoffelement su unterstutsen, sowie Regelmittel, die in dem Kühlmittelkanal bewegbar unterstutst sind und mindestens einen Regulierstab umfassen, welcher parallel su der efwäh&en Aohse bewegt werden mum.

   3· Tragkonstruktion, gekennzeichne t durch mindestens ein Brennstoffelement mit einem durchgehenden Kanal, ein in Abschnitte unterteiltes Gitter mit Mitteln, um das Brennstoffelement entlang einer senkrechten Achse herausnehmbar su unterstützen, einen auf dieser Achse angeordneten K^hlmittelkanal, der mit dem in Abschnitt· unterteilten Gitter verbunden 1st, um das Gitter und Brennstoffelement su unterstttteen, sowie Regelmittel, die In dem Kuhlmittelkanal bewegbar unterstützt sind und mindestens einen Regulierstab umfassen, der parallel su dir erwähnten Achse in den Kanal des Brennstoffelemente hinein bewegt werden kann.

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   4. Tragkonstruktion, gekennzeichnet duroh mindestens ein Brennstoffelement mit durchgehenden Kanälen, ein in Abschnitte unterteiltes Gitter mit Mitteln, um das Brennstoffelement länta einer senkrechten Achse herausnehmbar zu unter- 8tut»en, einen auf der erwähnten angeordneten, alt dem in Abschnitte unterteilten Critter verbundenen Kühlmittelkanal ztqfa Unterstützen des Gitters und de· Brennstoffelements, Eegelmittel, die in dem Kühlmittelkanal bewegbar unterstütet sind und mindestens einen Regulierstab umfassen, der parallel su der erwähnten Achse in den Kanal des Brennstoffelements hinein bewegt werden kann, sowie dnen sich durch das Gitter und das Brennstoffelement erstreckenden, an den Kühlmittelkanal angeschlossenen Strömungekanal für das Kühlmittel.

   5. Tragkonstruktion für die BrennstofÄLemente eines Kernreaktors, gekennzeichnet durch mehrere Brennstoffelemente und mehrere in Abschnitte unterteilte (litter, welch letztere miteinem Ende der Brennstoffelemente lösbar verbunden sind, wobei jedes Gitter mindestens eines der Brennstoffelemente unterstützt, sowie Mittel, um die verschiedenen Gitter in paralleler Lage eu unterstützen, wobei diese Mittel einen mit jeder der Gitterplatten verbundenen Kühlmittelkanal umfassen.

   6. Tragkonstruktion für die Brennstoffelemente eines Kernreaktors, gekennzeichnet durch mehrere Brenn« Stoffelemente mit durchgehenden KÜhleittelkanälen, mehrere la Abschnitte unterteilte Gitter, weloh letztere mit den unteren Snde der Brennstoffelemente lösbar verbunden sind, und einen Kühlmittelkänal aufweisen, der mit dem Ktthlmittelkanal des Brennstoffelements in Verbindung steht, wobei jedes der Gitter Bindeetene ein Brennstoffelement unterstützt, sowie Mittel, um die

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   Oitt«r la paralleler Lag· ra unt«retut«en, wobei dies·

   •la hohl·· Bauteil uiwin, *a» einen Illhlmittelkanal be«it«t, welcher alt dta KÜhlaittelkanal de« fritter« Terbunden Ist.

   7. kernreaktor, gekennseiob.net , durch einen tern, «in· an einen Bad· dta Kerne angeordnet« Kiihlmittelsuftihrungakammer, «la· am anderen lad· dee lerne angeordnet· KühlaittelabfUhrung«kaimer, wobei der Kern Mehrere opaltbares Materie! enthaltende Brennet off elemente alt durchgehenden Ktihlaittelkanälen uafaßt, ferner mehrere la Abschnitt« unterteilt· Gitter, dl· alt einea Bad· der Brennetoffelenente löebar rerbunden «lad, wobei jede· der Gitter Binde»tena einen der Brennstoffelemente unteratUtet, «owl· I₁UeI, ua dl· T«rw«ha«d«nen Gitter la paralleler Lag· »u oateratdtsen, wohei dieee Mittel einen KBaI-aittelkanal imfaaeen, weleher dl· KUhlmlttelabfUhrongekaeaer alt den KOhlaittelkanälen der Brannetoffelemente τerbindet.

   8· Kernreaktor, gekennse lohnet durch einen Kern, eine aa einen Bad· dea Kern« angeordnete Ktihlmlttelsvfahrung«kaamer, eine aa anderen Bad· de« Kerne angeordnete Kahl-■Ittelabfuhrungakaemer, wobei der Kern Mehrere epaltbare« Material enthaltend« Brennstoffelea«nt« alt durohgehenden Ktthleitt·!- kanälen uafaflt, woe«i ein Bad· d«r Kuhlnittelkanäle alt der KOhlmittelsufUhrungekaaavr Terbunden i«t, ferner nehr«re la Ae-•efaaltt« mnterteUte ttitter, die alt dea Ton dea erwähntea Bai· abg«waa«t«n Bad· der Brenaatoffeleaente lOebar Terbunden «ind, wo«ei j«d·· der Gatt«r «Ine Orapp« τοη Brennstoffeleaenten in parall«t«r, duroh Abataai· g«tr«nnt· Anordnung unterβtutet, •owl« «wroh Mittel, ua die ftitter la paralleler Lag· und In •la·« Awataad T«n«lnand«r sa unteretutaen, wobei dl··· Mittel •la a·**·* Bauteil aafajMMu da« «in«» ftüüjiittelkanal aafw«i«t,

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   weither dl· Kühlmittelkaamer mit den Kuhlmittelkanäleifc J ed·· der Brennetoffelemente einer Gruppe Terbindet.

   9. Kernreaktor, gekennsel ο h ne t durch einen Kern» ein· am einen Ende des lerne angeordnet· Ktthlmittelsufuhrungekanxraer, «Ine am anderen de· Kerns abgeordnete Kühlmittelabfiihrungskammer, wobei der lern mehrere spaltbar·· Material enthaltende Brennstoffelemente mit durchgehenden Kühlmittel kanälen umfaßt, wobei ein Ende der Kiihlmittelkanäle in Terbindung mit der Ktthlmittelsuführun^ekammer steht, ferner mehrere in Absohnitte unterteilt· (litter, die mit dem τοη dem erwähnten Snde abgewandten Badeder Brennstoffelemente lusbar Terbunden sind, wobei jedes der Gitter eine Gruppe τοη Brennstoffelementen in paralleler, duroh Abstände Toneinander getrennter Anordnung unter«tütet, Mittel um die Sitter in paralleler Lage su unter st (It sen, wobei diese Unterstutsungsmittel ein gelochtes Rohr umfass·*, das mehrere . Ktthlmitteldurohläsee aufweist, welohe die KOhlmittelkanäle der Brennstoffelemente jeder der erwähnten Gruppen mit der KunlmittelabfUhrungskammer verbinden, sowie BeaktlTitätsreg&ungsmittel innerhalb mindestens eines der Rohre, wobei diese Mittel mehrere Begulierstäbe umfassen, die in mehreren Kühlmittelkanälen τοη Brennstoffelementen bewegbar sind.

   10. Kernreaktor, gekennseichnet durch einen Kern, der mehrere Brennstoffelemente enthält, wobei jedes Brennstoffelement ein Reguli er st abrohr und mehrere spaltbares Material enthaltende Brennstoffstäbe umfaSt, ferner mehrere in Absahmitte unterteilte witter, wobei jedes der Gitter eine Gruppe τοη Brennstoffelementen in paralleler, durch Abstände getrennter Ansvdnung unterstützt, Mittel, um die rersehiedenen Gitter su unters tilt sen, wobei diese Mittel einen rohrförmigen Ktthlmittelkamal umfasse*,

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   der mit jedem der Gatter verbunden ist, sowie durch Reaktivität sregelmitt el, die innerhalb des rohrförmigen Kanals bewegbar unterstützt sind und mehrere Regulieratäbe umfassen, die innerhalb der ^egulieratabrohre der Brennstoffelemente der betreffenden Gruppe bewegbar sind.

   11. Kernreaktor naoh Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine gitterföraige Abdichtungeplatte, wobei die in Abeohnlfce unterteilten Gitter mit den erwähnten Kanälen lösbar Terbunden sind und durch die gitterföraige Abdichtungsplatte radial abgestutst werden.

   12. Kernreaktor» gekennselchne t durch ein Gefäß alt einem unteren Kopfetüek, Mehrere alt diesem Kopfstift* lösbar verbundene, eich innerhalb des Gefälles naoh oben erstreckende Gittertragsänlen, die ale kohle gelochte Rohre ausgebildet sind, wobei mindestens «in Segullerstab in der Längsrichtung inn rhalb jedes der Rohre bewegbar ist, ferner ein in Abschnitte unterteiltes rohrfBrmiges Gitter, das mit dem kberen Ende jeder der Tragsäulen verbunden 1st, wobei jedes Gitter an seinem otaraa Ende mindestens ein fragorgan für ein Brennstoffelement aufweist, ferner durch ein·» Kern mit mehreren Brennstoffelementen, dke durch dl· Tragorgan· herausnehmbar unterstützt werden, wobei jedes der Brennstoffelemente ein leguiierstabfUhrungsrohr vaxA luhlmittelkanäle umfaöt, wobei 41« verschiedenen B^golierstäbe in den Regulierstabfuhrungsrohren in der Langerichtung bewegbar sind, und wobei der Kuhlmittelkaaal der Brennstoffelemente, Am« in Abschnitte unterteilte Gitter und Al· hohlen gelochten rvfer fSrmigen Oittertragsaulen den HauptBtrftmungaweg für das Kuhlaittel duroh den Kern bilden.

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   13· Kernreaktor naoh Anapruoh 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragorgane für die Brennstoffelemente als Rohre auegebildet sind und eich von den Gittern aus naoh oben erstrecken, und daß die Brennstoffelemente as unteren Ende mit einem AbechluSstiick versehen sind, das innerhalb des Rohra herausnehmbar unterstützt wird.

   14. Kernreaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dafl die Brennstoffelemente einen seehskantigen Mantel umfaasen, ferner mehrere spaltbares Material enthaltende, mit Rippen versehene Brennstoffstäbe, die innerhalb dee Mantels unterstutzt werden, und das Regulie*etabfiihrungarohr umgeben, wobei die seohskantigen Mantel in geringen Abständen voneinander unterstützt werden, so daß im wesentlichen die gesamte Kühlaittelmenge durch den Mantel geleitet wird.

   15* Kernreaktor naoh Anepruol 12, gekennsei ohne t durch F^attenmittel zum Unterstützen der oberen Enden der Tragsäulen gegen seitliche Verlagerungen.

   16. Kernreaktor naoh Anspruch 12, gekennzeichnet u r ο h ein herausnehmbares, eberhalb der Brennstoffelemente angeordnetes S_ehutsgitter, das Abwärtsbewegungen der Brennetoffelerneute verhindert·

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