DE2458016B2 - Kernreaktor mit mehreren von vertikalen wasserrohren getragenen brennstoffkassetten - Google Patents

Description

Raum, der bei geeigneter Formgebung der Kassetten zwischen diesen entsteht, gemäß der Erfindung zur Aufnahme der Regelstabfinger dient.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Reaktorkern gemäß der Erfindung mit einem Teil des Reaktordruckgefäßes im Vertika.'xhnitt,

Fig. 2 einen Teil eines Horizontalsehnittes längs der Linie 11-11 ^;nFig. 1,

Fig.3 einen Horizontalschnitt längs der Linie IH-IIl in Fi g. 1,

Fig.4 einen Veriikalschniu längs der Linie IV-IV in F ig. 3,

F i g. 5 die Lage eines Fingerregelstabes im Verhältnis /.u dem zugehörigen Wasserrohr bei einem Reaktor gemäß der Erfindung,

Fi g. 6 den Fingerregelstab gemäß F '· g. 5 im Schnitt Jängs der Linie Vl-Vi in F i g, 5.

I- ig. 7. 8, 9 und 10 verschiedene Alternativen zu der Kasseuenausbiidung von F 1 g. 2.

In l· 1 g. 1 bis 0 bezeichnet I das Druckgefäß und 2 den Moderatortank eines Kernreaktors. Der Reaktorkern, der mit 3 bezeichnet ist. ist von einem aus Blechmaterial hergestellten Kernrand 17 umgeben und enthalt mehrere Breimsioffkassetlen 4, die in direktem Kontakt miteinander angeordnet sind. Jede Brennstoffkassette hat eine Hülle 15 und enthalt zwöll Brennstäbe 5.

Die Brennstolfkassetten 4 sind in Kassetten- lippen 14 angeordnet, von denen jede neun Brennstoffkasselten umfaßt, welche auf einer gemeinsamen Kassettenaulstellplatte b ruhen, die oben ein Loch 7 für jede Brennstoffkasseitc hat, durch welche den verschiedenen Kassetten Wasser zugeführt wird, leder Kasseuenaufstellplatte b wird die für sämtliche neun Brennsiolfkas- 3s selten erforderliche Wassermenge über eine untere Üllnung zugeluhrt, die an das obere linde eines Wasserrohrs 8 angeschlossen ist. Die Wasserrohre 8 haben nicht nur die Aufgabe, als Einiaßleitung für praktisch die gesamte, dem Reaktorkern zugel'ührie Wassermenge zu dienen, sondern haben ferner die Aufgabe, die ihnen jeweils zugeordnete Kassettenaufstellplatte 6 /u tragen und als Stutze und Führung für den Regelslabschaft und das Regelstabjoch zu dienen. Vier Kasscuengruppen, d. h. scchsundoreißig Brenn-Moffkasseuen, bilden einen Kernmodul 16. Jeder Kernmodul 16 hat einen zugeordneten Regelsiab. Der IRegelstab 10 ist ein Fingerregelstab, der sechzehn vertikale Regelstabfingcr 11 hat. die an einem in einer Horizontalebene liegenden joch 12 befestigt sind, das von einem zentralen Regelstabschaft 9 getragen wird. Das joch 12 ist eine Gitterkonstruktion und besteht im Prinzip aus vier miteinander und mit dem zentralen Regelstabschaft 9 steif verbundenen Ringen, von denen jeder ein Wasserrohr 8 umschließt und deren horizontale Lage im Verhältnis zum Wasserrohr dadurch fixiert wird, daß jeder Ring mit zwei Führungsrädern 13 versehen ist.

Bei der Auslührungsform der Erfindung, die in den Figuren 1 bis 6 gezeigt ist, hat der Querschnitt der Brennstoffkassetten die Form eines Quadrats mit stark abgeschrägten Ecken. Die abgeschrägten Flächen 18 der Kasseitenhüllen 15 bilden Kanäle 19 mit quadratischem Querschnitt, von denen einige als Leitrohre für die Regelstabfinger 11 des Regelstabes 10 dienen.

Im allgemeinen ist eine Brennsloffkassettenhülle bei einem Reaktor gemäß der Erfindung im wesentlichen wie ein Hohlprisma ausgebildet mit mehreren ersten Seitenflächen, mit denen die Hülle in direktem Kontakt mit parallelen entsprechenden Seitenflächen mehrerer benachbarter Hüllen steht. Außerdem hat die Hülle zweite Seitenflächen, die zusammen mit entsprechenden zweiten Seitenflächen benachbarter Hüllen prismenförmige, vertikale Kanäle für Regelsiabsfinger bilden. Bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Reaktorkern werden nur Regelstäbe verwende'., bei denen sämtliche Finger für solche Kanäle bestimmt sind.

Ans!e))e von Brennsloffka^selien mi! der in Fig. 2 gezeigten Querschnitlsform kann man gemäß der Erfindung auch Brennstol'fkasseiten verwenden, deren Hüllen zylindrisch sind oder abwechselnd gebogene und ebene I iächenabschnittc aufweisen, wie es in I-i g. 7 gezeigt ist. in der 20 die Hülle und 21 die Brennstäbe einer Brennstoffkassetie gemäß der l.rlmdung bezeichnen. Die Regelstabsfinger sind mit 27 bezeichnet. Man kann auch Hüllen verwenden, bei denen gewisse Hullenabschnitte im Vergleich zu den in Fig." gezeigten cmc Biegung in entgegengesetzter Richtung aufweisen.

F i g. 8 zeigt einen Teil eines Reakto'-kerns genial' der Erfindung, bei dem die I lulle 22 jeder BrennsioHkassette wie ein vertikales Hohlpnsma ausgebildet ist. dessen Querschnitt ein regelmäßiges I iinleck ist. Die Regelstablinger sind mit 2i bezeichnet.

I3ei dem in F i g. 9 gezeigten Reaktorkern ist die I lulle 24 der Brennsiollkasseiten wie ein I lohlprisma ausgeführt, dessen Querschnitt die Form eines regelmäßigen Dreiecks mit abgeschrägten Ecken hai. Durch die Abschrägung entstehen sechseckige, \ertikale Kanäle 25. die für die Regelsiabfinger 26 vorgesehen sind. Bei der in Fig. 10 gezeigten Auslührungsform eier Erfindung ist dasselbe Prinzip wie in I i g. 9 angewendet, jedoch mit dem Unterschied, daß man hier von regelmäßigen Sechsecken sum von regelmäßigen Dreiecken ausgegangen ist.

Wie eingangs erwähnt, vermeidet man bei dem Reaktor nach der Erfindung gewisse Nachteile, die bei den bekannten spaliloscn Reakiorkerncn häufig auhieten. Außerdem erhall man den Vorteil, daß man mit einer ungewöhnlich niedrigen Anzahl von Brennstäben in jeder Kassette arbeiten kann, selbst wenn die Brennstäbc mit normaler Dicke ausgeführt sind, ("icmäß F 1 g. 2 und F i g. 9 ist die Anzahl der Brennstabe pro Kassette zwölf. Bei der Entwicklung eines Reakiors gemäß der Erfindung ist man zu einer Konstruktion gekommen, die besonders vorteilhalt ist. wenn die Anzahl von Brennstäben pro Brennstoffkassetie kleiner als dreißig und größe:" als fünf ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichmingen

Claims (7)

Patentansprüche.

1. Kernreaktor mit mehreren von vertikalen Wasserrohren getragenen Brennstoffkasseiten mit vertikal angeordneten, zumindest teilweise als Hohlprismen ausgebildeten Hüllen, von denen eine überwiegende Anzahl mehrere erste Seitenflächen hat, mit denen sie in direktem Kontakt mit parallelen ähnlichen Seitenflächen mehrerer benachbarten Hüllen stehen, sowie mit einer Anzahl unter dem Kern liegender Steuerorgane, von denen jedes einen Fingerregeistab mit mehreren Regelstabfingern hat, welche mit ihren unteren Enden an einem von einem Regelstabschaft getragenen Joch befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der prismatische Teil der Kassettenhülie (15) neben den genannter ersten Seitenflächen eine Anzahl zweiter Seitenflächen (18) hat, wobei mehrere Hüllen derart zueinander angeordnet sind, daß die Außenseiten der Hüllenabschniue, die den zweiten Seitenflächen (18) entsprechen, einen prismatischen oder zylindrischen, vertikalen Kanal (19, 25) bilden und daß dieser Kanal (19, 25) für einen der Regelstabfinger (11,26) vorgesehen ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine überwiegende Anzahl der Regelstaborgane des Reaktors in ihrer ganzen Kapazität mit Regelstabfingern (11, 26) besetzt ist. die für das Einführen in die vertikalen Kanäle (19,25) zwischen den Brennstoffkassetten (4, 24) bestimmt sind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des genannten Hohlprismas die Form eines regelmäßigen Polygons mit abgeschnittenen Ecken hat, wobei der Umfang aus mehreren relativ langen, geraden Abschnitten besteht, die einem Mittelabschnitt an jeder Seite des regelmäßigen Polygons entsprechen, sowie dazwischenliegende, verhältnismäßig kurze Abschnitte (18), die zusammen mit entsprechenden Abschnitten benachbarter Hohlprismen den Umfang eines Querschnittes durch den genannten Kanal bilden.

4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das regelmäßige Polygon ein Quadrat ist.

5. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das regelmäßige Polygon ein Sechseck ist.

6. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das regelmäßige Polygon ein Dreieck ist.

7. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der wenigstens teilweise wie Hohlprismen ausgebildeten Hüllen (20) einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen Fünfecks hat, wobei zumindest einige der genannten ersten Seitenflächen mit den genannten zweiten Seitenflächen kongruent sind.

S.Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte joch mindestens einen in einer Horizontalebene angeordneten und mit dem Regelstabschaft (9) steif mechanisch verbundenen Ring enthält, der vertikal beweglich ist und mindestens ein Wasserrohr (8) umschließt und mittels einer Anzahl am Ring montierter, an der Rohrfläche rollbarer Führungsräder (13) in unveränderter Lage im Verhältnis zum Querschnitt des Wasserrohrs gehalten wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernreakto gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannte Art. Ein solcher Kernreaktor ist aus der DT-Oi 23 23 584 und der US-PS 31 66 481 bekannt.
Die bekannten Kernreaktoren sind mit spaltloser Kernen ausgeführt, deren Brennstoffkassetten einen in wesentlichen quadratischen Querschnitt haben. Eir solcher Kernaufbau kann zu folgenden Schwierigkeiter führen: Aufgrund der Neutronenstrahlung ist die für die ίο Kassettenhüllen verwendete Zirkoniumlegierung eine verstärkten Alterung ausgesetzt, d. h. das Material wire auch bei einer verhältnismäßig niedrigen mechanischer Spannung plastisch verformt, wobei der Verformungs grad mit der Zeit zunimmt. Untersuchungen ar '5 Kassettenhüllen mit im wesentlichen quadratischen" Querschnitt, welche lange Zeit in einem Spaltreaktor kern benutzt wurden, haben gezeigt, daß jed Hüllenseite eine Verformung in der Weise erlitten hatte daß die ursprünglich ebenen Wandabschnitte konvex geworden waren. Da man in Reaktoren Kassetter unterschiedlichen Alters verwendet, besteht daher bc einem spanlosen Reaktor die Gefahr, daß eine Hüllenwand in die Hüllenwand einer benachbarten Hülle hineingedrückt wird und daß die Kassetten an dem Kernrand herausgebogen werden.

Aus der Druckschnlt »Directory of Nuclear Reactors« Vol. VII. 1%8. S. 76 und 77, ist ein spaltloser Kernreaktor mit den wesentlichen quadratischer Kassettenquerschnilten bekannt, bei denen jede Kassettenhülle an ihrer einen Wand mit einer sich etwa über die Hälfte der Wand erstreckenden Einbuchtung versehen ist. Die Kassetten sind so untereinander angeordnet, daß sich jeweils vier solcher Einbuchtungen berühren, so daß sich im Zentrum von vier Kassetten ein kreuzförmiger Kanal bildet. Die eingangs geschilderten Schwierigkeiten der Verwerfung der Kassettenseiten werden durch diese Konstruktion jedoch praktisch nicht behoben, da die Mehrzahl der Kassettenseiten die volle Kassettenbreite haben und viele solcher Seiten benachbarter Kassjtten dicht aneinanderliegcn.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor der eingangs genannten Art in der Weise weiterz.uentwickeln. daß das Ausmaß der alterungsbedingten Verformungen der Seitenflächen der Kassettenhüllen erheblich vermindert wird.

Zur Losung dieser Aufgabe wird ein Kernreakioi nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhalte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Bei den oben beschriebenen Verformungen der Hüllenwände bekannter Reaktoren spielt eine Art Membranwirkung eine Rolle. In der gleichen Weise, wie die maximale Durchbiegung einer Membran bei konstantem Druck mit der Membranfläche zunimmt, erhält man auch eine maximale Durchbiegung der Kassettenhüllen. Die Erfindung gründet sich auf den Gedanken, die Breite der Berührungsflächen zwischen benachbarten Kassettenhüllen zu verkleinern und auf diese Weise die Durchbiegung der Hüllcnwände /u verringern. Dies wird durch die Formgebung der Kassetienhüllen gemäß der Erfindung erreicht. Bei der Erfindung ist die Breite jeder Kassettenseile geringer als die schmälste seitliche Projektion der Kassette. Die hierdurch bedingte Verkleinerung des Hüllcnvolumens wird dadurch ausgeglichen, daß die Hülle nicht mehr für die Regelstabfinger in Anspruch genommen wird, da der