DE3214628A1

DE3214628A1 - In-core-bestrahlungsvorrichtung fuer einen kernreaktor

Info

Publication number: DE3214628A1
Application number: DE19823214628
Authority: DE
Inventors: Roman 1871 Schoorl Keller
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1982-04-20
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1983-10-20
Also published as: GB2119157B; GB2119157A; GB8310467D0; FR2525379A1; FR2525379B1

Description

In-Core«Bestrahlungsvorrichtung für einen Kernreaktor

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Die Erfindung bezieht sich auf eine In-Core-Bestrahlungsvorrichtung für einen von einem Kühlmittel durchströmten Kernreaktor, mit einem fest im Reaktorkern verankerten, mindestens einen Kanal zur Aufnahme einer zylindrischen Bestrahlungskapsel umschließenden Hüllrohr.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der FR-OS 2 126 079 bekannt. Das Hüllrohr ist an seiner Unterseite verschlossen und an seiner Oberseite noch im Bereich des Reaktorkerns trichterförmig geöffnet.' Zum Einsetzen einer Bestrahlungskapsel in das Hüllrohr muß ein den Deckel des Reaktorbehälters durchdringender Ladearm in Flucht zu dem Hüllrohr gebracht werden, worauf ein das Bestrahlungsgut umschließender Behälter in das Hüllrohr abgesenkt wird.

Eine solche Bestrahlungsvorrichtung kann nur während des Stillstands des Reaktors Lade- und Entladevorgänge ausführen. Zudem ergeben sich aufgrund des einseitig verschlossenen Hüllrohrs Schwierigkeiten der Kühlung des Bestrahlungsguts und damit Temperaturbedingungen, die weder klar definiert sind noch von außen wirksam beeinflußt werden können.

Aus der FR-OS 2 417 828 ist weiter eine In-Core-Bestrahlungsvorrichtung bekannt, bei der die Bestrahlungsproben in ein fest im Reaktor installiertes Hüllrohr eingesetzt werden können. Die Proben hängen an einem Rastkopf, in den ein von oberhalb des Reaktordeckels betätigbarer Manipulatorarm eingreift. Dieser Kopf besitzt Mittel zum Einrasten in entsprechende Nuten am oberen Rand des Hüllrohrs und verschließt dieses dicht in eingerasteter Stellung.

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Auch hier kann das Laden und Entladen der Bestrahlungskapsel nur im Reaktorstillstand erfolgen, da der Manipulator durch den Deckel des Druckgefäßes hindurchgeführt werden muß. Außerdem bestehen auch hier dieselben Schwierigkeiten für die Kühlung der Kapseln wie im vorhergenannten Fall.

Aus der GB-OS 2 015 239 ist eine Bestrahlungsvorrichtung mit einem Hüllrohr bekannt, das zahlreiche seitliche Öffnungen zum Durchtritt des Reaktorkühlmittels aufweist. Das Hüllrohr befindet sich im seitlichen Ringspalt zwischen dem Reaktorbehälter und dem Reaktorkern und wird vom kalten Primärkühlmittel um- bzw. durchflossen. Hier ist zwar das Kühlproblem befriedigend gelöst, jedoch ist nach wie vor nur während des Reaktorstillstands ein Austausch der Bestrahlungskapseln möglich, da nur dann der Reaktordeckel geöffnet werden kann und ein Zugriff zur Bestrahlungsvorrichtung möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bestrahlungsvorrichtung anzugeben, die im Betrieb wirksam vom primären Kühlmittel des Reaktors durchströmt wird und bei der die Lade- bzw. Entladevorgänge während des Reaktorbetriebs ohne Störung desselben erfolgen können. Dieser Vorteil ist von besonderer Bedeutung für Forschungsreaktoren, bei denen sehr lange Betriebsperioden zwischen zwei Brennelementwechseln gefordert werden, während die Bestrahlungsdauer der einzelnen Bestrahlungskapseln variabel und in der Regel wesentlich kürzer gewählt wird (beispielsweise für die Herstellung von Radioisotopen).

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierte Bestrahlungsvorrichtung gelöst.

Vorteilhafterweise ist die Oberseite der erfindungsgemäßen Bestrahlungskapsel mit einem stangenförmigen Werkzeug lösbar gekoppelt.

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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umschließt das Hüllrohr drei voneinander völlig unabhängige Bestrahlungskanäle, die somit auch völlig unabhängig voneinander beladen und entladen werden können.

Bezüglich von vorteilhaften Merkmalen einer Ausführungsform der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nun anhand dieses Ausführungsbeispxels mithilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Reaktor, in den die erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung eingesetzt ist.

Die Figuren 2 bis 5 zeigen je in vergrößertem Maßstab Ausschnitte aus der Darstellung gemäß Fig. 1.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch drei Bestrahlungskanäle gemäß Fig. 1 in Höhe der Bestrahlungsposition.

Die in Fig. 1 in Längsschnitt dargestellte Bestrahlungsvorrichtung ist in einen Reaktor eingesetzt, von dem nur die untere Gitterplatte 1, die obere Gitterplatte 2 und die Oberseite des Druckbehälters 3 mit einem Deckel 4 in der Figur dargestellt wurden. Der eigentliche Reaktorkern befindet sich zwischen den beiden Gittern 1 und 2 und besteht aus nicht dargestellten Brennelementen, Steuerstäben und Kühlkanälen. Ein Kühlmittel, z.B. Wasser, wird von oben durch das obere Gitter 2 dem Reaktorkern 5 zugeführt und gelangt durch das untere Gitter 1 zu einem nicht dargestellten Wärmetauscher, um dort die im Reaktorkern aufgenommene Wärme abzugeben.

In der gewünschten Bestrahlungsposition des Reaktorkerns befindet sich ein fest installiertes Hüllrohr, das sich zum Teil auf dem unteren Kerngitter 1 abstützt, durch das obere

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Kerngitter 2 hindurchgeführt ist und sich bis in den Deckel 4 erstreckt. Oberhalb des oberen Kerngitters 2 besitzt das Hüllrohr 6 Kühlmitteleinlaßschlitze 7. Das normale Reaktorkühlmittel tritt durch diese Schlitze in das Hüllrohr ein und verläßt dieses durch Öffnungen 8 an seinem unteren Ende.

Das Hüllrohr umschließt drei voneinander unabhängige Bestrahlungsvorrichtungen, wie Fig. 6 im Querschnitt erkennen läßt. Jede der Bestrahlungsvorrichtungen befindet sich in einem fest in das Hüllrohr eingebauten Führungsrohr 9, das im Bereich der Hüllrohrschlitze 7 ebenfalls Schlitze aufweist und ebenfalls unten offen ist.

Das Bestrahlungsgut besteht aus Stapeln von Rohrstücken 10. Jeder Stapel ist auf eine zentrale Tragestange 11 aufgesetzt und zu dieser Stange mithilfe geeigneter Zentriervorsprünge koaxial zentriert. Die Tragestange ist hohl und wird von einem Sperrbolzen 12 durchzogen. Der Sperrbolzen wird bei Abwesenheit anderer Kräfte durch eine Feder 13 in seiner oberen Endstellung gehalten, in der ein Federanschlag 14 gegen eine Innenschulter der Tragestange anliegt. An seinem unteren Ende besitzt der Sperrbolzen einen Verriegelungskolben 34, der mit Verriegelungskugeln 15 am oberen Ende eines Stopfens 16 derart zusammenwirkt, daß der Stopfen mit dem unteren Rand dor Tragestange 11 formschlüssig verbunden ist, wenn der Verriegelungskolben 34 die Kugeln 15 in entsprechende Ausnehmungen am unteren Rand der Tragestange hineindrückt.

Der Stopfen 16 ist hohl und besitzt selbst einen Sperrbolzen 17, der einen Verriegelungskolben 18 aufweist und mit einer Feder 19 in Abwesenheit äußerer Kräfte so nach oben gedrückt wird, daß weitere Verriegelungskugeln 20, die sich am Stopfen 16 befinden, radial nach außen gedrückt werden.

In den Figuren 2 bis 6 ist die Bestrahlungsvorrichtung in dem Zustand dargestellt, in dem sie sich während der Bestrahlung

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befindet. In diesem Zustand drückt ein zentrales Betätigungsteil 21 eines noch zu beschreibenden Werkzeugs auf den Sperrbolzen 12 in der Tragestange 11 und drückt diesen gegen die Kraft der Feder 13 in seine untere Endstellung. In gleicher Weise wird von diesem Sperrbolzen 12 der Sperrbolzen 17 des Stopfens 16 gegen die Kraft der Feder 19 nach unten gedrückt. In dieser Stellung ist der Verriegelungskolben 34 des Sperrbolzens 12 in Eingriff und koppelt den Stopfen 16 an die Tragestange, während die Verriegelungskugeln 20 vom Verriegelungskolben 18 des Stopfens 16 nicht erfaßt werden.

Das erwähnte Werkzeug ist über weitere Verriegelungskugeln 22, die in den oberen Rand der Tragestange 11 eingreifen, mit dieser formschlüssig verbunden, da sie von einem sie übergreifenden Schieber 23 daran gehindert werden, radial nach außen auszuweichen. Der Schieber 23 bildet das untere Ende des verschiebbaren Teils 21 des Werkzeugs. Befindet sich dieses verschiebbare Teil in seiner unteren Endstellung, dann greift der Schieber 23 über die Kugeln 22, und zugleich wird der Sperrbolzen 12 der Tragestange 11 nach unten gedrückt.

Das verschiebbare Teil 21 des Werkzeugs läßt sich gegenüber einem rohrförmigen Gehäuse 24 verschieben und wird durch eine Feder 25, deren Kraft die der Federn 13 und 19 übersteigt, in Abwesenheit weiterer Kräfte in der unteren Endstellung gehalten. Das rohrförmige Gehäuse 24 des Werkzeugs umgreift mit seinem unteren Ende 26 den oberen Rand der Tragestange und läßt sich, wie erwähnt, durch die Kugeln 22 mit diesem formschlüssig verbinden.

In einer Zwischenlage zwischen dem unteren Ende 26 und dem Kopf 27 des Werkzeugs befindet sich zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 24 und dem verschiebbaren Teil 21 des Werkzeugs eine elastische Dichtung 28, die aufgrund ihrer Elastizität die Manipulationsbewegungen des verschiebbaren Teils bezüglich des Gehäuses mitmachen kann. Zwischen dem rohrförmigen

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Gehäuse 24 und dem Hüllrohr 9 kann Kühlmittelflüssigkeit nicht aufsteigen, da das Werkzeug über eine Ringdichtung 29 in Bestrahlungsposition und während der Lade- und Entladevorgänge abgedichtet ist.

Das verschiebbare Teil des Werkzeugs endet oben außerhalb des Reaktorbehälterdeckels 4 in einem Griff 30, dem ein mit dem Gehäuse 24 des Werkzeugs fest verbundener Griff 31 benachbart ist.

Zur Vorbereitung eines Bestrahlungszyklus wird das Bestrahlungsgut in Form von Rohrstücken 10 auf eine Tragestange 11 aufgesetzt.

Der betreffende Bestrahlungskanal ist einstweilen durch einen Stopfen 16" dicht verschlossen, der sich im Bereich des Reaktordeckels 4 im Führungsrohr 9 mittels des Druckes der Feder 19 selbst in einer Verriegelungsposition hält, in der die Verriegelungskugeln 20 in eine entsprechende Ringnut im Führungsrohr 9 eingreifen. In dieser Stellung liegt eine Dichtfläche 35 des Stopfens 16 an einer entsprechenden Dichtschulter des Führungsrohrs 9 im Bereich des Deckels 4 an und verschließt den Bestrahlungskanal dicht. Kühlmittel kann während dieser Zeit ohne Behinderung durch die Einlaßschlitze 7 in den Bestrahlungskanal gelangen und durch die Öffnungen 8 aus diesem wieder austreten.

Setzt man nun die aus dem Bestrahlungsgut 10, der Tragestange 11 und dem Sperrbolzen 12 bestehende Bestrahlungskapsel auf einen solchen im Deckel 4 verriegelten Stopfen 16" auf, dann erfolgt die Verriegelung zwischen dem Stopfen 16" und der Tragestange erst, wenn oben auf die Bestrahlungskapsel das aus dem verschiebbaren Teil 21 und dem rohrförmigen Gehäuse 24 bestehende Werkzeug aufgesetzt wird, wobei kurzzeitig die beiden Griffe 30 und 31 einander angenähert werden müssen. Läßt man dann die Griffe los, dann drückt die Feder 25 den Sperrbolzen nach unten und bewirkt erst die Verriegelung des

Stopfens 16" mit der Tragestange und die Verriegelung der Tragestange mit dem Werkzeug und danach die Entriegelung des Stopfens 16" im Führungsrohr. Die Abdichtung des unter dem Druck des Reaktorkühlmittels stehenden Kanals erfolgt dann nicht mehr über die Dichtfläche 35 des Stopfens, sondern über die Ringdichtung 29, und zwar sowohl während des Absenkens der Kapsel in die Bestrahlungsposition als auch während der anschließenden Bestrahlungsperiode und während des Entladens.

In Fig. 1 sind drei alternative Stellungen der Bestrahlungskapsel im Kanal angedeutet, und zwar eine Ladestellung (Stopfen 16"), eine Bestrahlungsstellung (Stopfen 16) und eine sog. Parkstellung (Stopfen 16').

Befindet sich die Bestrahlungskapsel in der Bestrahlungsposition, dann fließt das Kühlwasser, das durch die Schlitze 7 in das Führungsrohr oberhalb des oberen Kerngitters 2 hineingelangt, am unteren Teil des Werkzeugs, am Bestrahlungsgut 10 und am Stopfen 16 entlang, wobei ein Teil des Kühlwassers durch Schlitze 33 am oberen Ende des Rohrstapels, der das Bestrahlungsgut 10 bildet, in den Rohrinnenraum eindringt und am unteren Ende des Stapelt· durch entsprechende Öffnungen 32 wieder austritt. Somit wird das Bestrahlungsgut von beiden Seiten durch das Reaktorkühlmittel wirksam gekühlt. Diese Kühlströmung wird beim Anheben der Bestrahlungskapsel solange nicht unterbrochen, als die Kapsel sich unterhalb der Schlitze 7 befindet. Man kann deshalb durch geeignete Verriegelungsmittel am Kopf des Werkzeugs die Bestrahlungskapsel in einer Parkposition arretieren, in der sie zwar bereits oberhalb des oberen Kerngitters 2, aber noch unterhalb der Einlaßschlitze 7 liegt. In dieser Position werden die schnell zerfallenden Isotope ohne Strahlenbelastung für die Umwelt abgebaut. Auch in dieser Parkstellung ist der Bestrahlungskanal gegen austretendes Kühlwasser abgedichtet, und zwar über die Ringdichtung 29.

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In den Figuren 1 bis 5 wurde lediglich ein Bestrahlungskanal innerhalb des Hüllrohrs 6 dargestellt. Dieser Bestrahlungskanal könnte auch den ganzen Querschnitt des Hüllrohrs 6 ausfüllen. Wie Fig. 6 jedoch zeigt, sind in dem gewählten Ausführungsbeispiel drei zueinander parallele Bestrahlungskanäle mit je einem Stapel von das Bestrahlungsgut 10 bildenden Rohrstücken, mit je einer Tragestange 11, einem Sperrbolzen 12 und einem Führungsrohr 9 vorgesehen. Die drei Bestrahlungskanäle werden je mit einem getrennten Werkzeug bedient und können völlig unabhängig voneinander und von den Brennelementzyklen beladen und entladen werden. Dadurch ergibt sich eine optimale Flexibilität der Bestrahlungszyklen, wie sie für die Herstellung der unterschiedlichsten Radionukleide benötigt wird.

Wie oben dargelegt wurde, bietet die Erfindung erstmals die Möglichkeit, eine Bestrahlung von Proben in einem Druckbehälter durchzuführen, wobei die Proben während der Bestrahlung vom Reaktorkühlmittel gekühlt werden und unabhängig vom Brennelementzyklus geladen, entladen und in eine Parkstellung gebracht werden können. Der Druckbehälter kann sich in einem Wasserbecken befinden, dessen Wasser in keinem Betriebszustand mit dem Reaktorkühlmittel durch den Bestrahlungskanal in Kontakt gelangen kann.

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Claims

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EUROPÄISCHE ATOMGEMEINSCHAFT (EURATOM) Bätiment Jean Monnet, Plateau du Kirchberg Boxte Postale 1907, LUXEMBURG

IN-CORE-BESTRAHLUNGSVORRICHTUNG FÜR EINEN KERNREAKTOR

PATENTANSPRÜCHE

1J- In-Core-Bestrahlungsvorrichtung für einen von einem Kühlmittel fallend durchströmten Kernreaktor, mit einem fest im Reaktorkern verankerten, mindestens einen Kanal zur Aufnahme einer zylindrischen Bestrahlungskapsel umschließenden Hüllrohr, dadurch gekennze ichnet, daß das Hüllrohr (6) zum Teil auf dem unteren Kerngitter (1) ruht und durch das obere Kerngitter (2) hindurch in den Deckel (4) des Reaktorbehälters (3) geführt ist, daß zwischen dem Deckel und dem oberen Gitter Kühlmitteleinlaßschlitze (7) im Hüllrohr vorgesehen sind, während der Auslaß (8) des Kühlmittels aus dem Hüllrohr im Bereich des unteren Kerngitters erfolgt, wobei zwischen der Bestrahlungskapsel (10-14) und der Wand des Kanals Durchlässe für das Kühlmittel vorgesehen sind, daß die Bestrahlungskapsel an ihrer Unterseite mit einem Stopfen (16) etwas größeren Durchmessers als die Kapsel koppelbar ist und der Stopfen Mittel (17 bis 20) zum Einrasten besitzt, die mit entsprechenden Mitteln im Bereich des Reaktordeckels (4) im Sinne einer für das Kühlmittel dichten Abschließung des Kanals zusammenwirken.

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2 - Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite der Bestrahlungskapsel (10-14) mit einem stangenförmigen Werkzeug gekoppelt ist.

3 - Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn ze ichnet, daß die Bestrahlungskapsel (10-14) für ringförmige Bestrahlungsproben (10) ausgerüstet ist und eine zentrale Tragestange (11) aufweist, die von einem in Richtung der Kanalachse bezüglich der Proben beweglichen Sperrbolzen (12) durchzogen ist, der die Kopplung des Stopfens (16) mit der Kapsel bewirkt.

4 - Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn ze ichnet, daß das Werkzeug aus zwei gegeneinander in Achsrichtung des Kanals verschiebbaren Teilen besteht, von denen der eine ein rohrförmiges Gehäuse (24) bildet und mit der Bestrahlungskapsel (10-14) koppelbar ist und der andere (21) auf den Sperrbolzen (12) der Tragestange (11) in Achsrichtung einwirkt.

5 - Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennze ichnet, daß das Hüllrohr (6) drei voneinander unabhängige Bestrahlungskanäle umschließt.

6 - Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungskapsel in einer Zwischenstellung, in der sich die Bestrahlungskapsel (10-14) bereits oberhalb des oberen Kerngitters (29),aber noch unterhalb der Kühlmitteleinlaßschlitze (7) befindet, verriegelbar ist.