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Beschreibung Kernbrennstoffspeicheranlage für einen Kernreaktor" Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kernbrennstoffspeicheranlage @@r einen Kernreaktor
und insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, für einen Hochtemperatur-Kernreaktor.
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Es ist üblich geworden, Kernreaktoren Speicheranlagen zuzuordnen
für die Aufnahme ausgebrannten Kernbrennstoffs aus dem Reaktor-Core und für dessen
Speicherung wKhrend einer genügend langen Zeitperiode, daß ein angemessenes Abklingen
in dem Brennstoff stattfinden kann, bevor er weiterverarbeitet wird. Es ist erforderlich,
den Brennstoff während der Speicherung in der Anlage zu kühlenund für diesen Zweck
sind ziemlich komplizierte Kühlsysteme geschaffen worden. Diese Systeme sind deshalb
kompliziert, weil große Volumina von gasförmigem Kühlmedium zu beherrschen sind
und Wärmetausher und Fetter vorgesehen sein müssen, um eine Kontamination des Kühlmediums
zu vermeiden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kernbrennstoffspeicheranlage von
einfachem Aufbau zu schaffen, die
nichtsdestoweniger ebenso wirksam
arbeitet wie die bekannten komplizierten Anlagen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen um eine
vertikale Achse drehbar angeordneten Rotor, auf dem Kernbrennstoffspeioherrohre
angeordnet sind mit ihren Achsen in vertikaler Richtung, die am oberen Ende offen
und am unteren Ende geschlossen sind und voneinander in solchem Abstand angeordnet
sind, daß der in ihnen gespeicherte Kernbrennstoff am Erreichen des kritischen Status
gehindert wird, durch eine den Rotor und die Speicherrohre umschließende Abschirmung
mit mindestens einem Durchbruch als Speicherrohr-Zugangsöffnung, durch eine Speicherrohrkühleinrichtung
mit einer nur die Speicherrohr-Außenflächen berührenden Flüssigkeit, und durch eine
innerhalb der Abschirmung angeordnete Barriere zur Verhinderung des Eintritts von
Kühl flüssigkeit oder deren Dämpfen in die offenen Speicherrohrenden.
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Die Längsachsen der Speicherrohre können auf Kreisen angeordnet sein,
deren Zentren in der Rotor-Drehachse liegen, wobei der lineare Abstand zwischen
benachbarten Rohren genügend groß ist daß das Erreichen des kritischen Status erfolgt.
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Der Abstand zwischen benachbarten Rohren 18 wird bestimmt durch die
Berücksichtigung des Kritischwerdens. Es gibt eine geradzahlige Anzahl von Speicherrohren
auf jedem Kreis, wobei die Zentren der Rohre af dem innersten Kreis von den Zentren
der Rohre um den Abstand ---linear gemessen -entfernt sind, der durch diese Überlegungen
bestimrnt ist.
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Der nächstinnere Kreis liegt aur Punkten, die durch den Schnittpunkt
von Kreisbögen gleichen Radius' wie der lineare Abstand zwischen benachbarten Zentren
auf dem innersten
breis bestimmt sind, die um diese Zentren geschlagen
sina.
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Die Zentren des nächstinneren Kreises sind in gleichem Abstand auf
diesem Kreis und im gleichen Abstand von den Zentren des vorangehenden Kreises angeordnet.
Die nachfolgenden Kreisdurchmesser werden auf die gleiche Weise konstruiert unu
die Zentren auf diesen ireisen besitzen ebenfalls alle den gleichen Abstand voneinander.
Die Anordnunb der Zentren ist schließlich so, daß jeder Radius, der vom innersten
Kreis durch ein Zentrum auf diesem Kreis verlauft, auch durch die Zentren aller
ungeradzahligen Kreise verläuft, wobei der innerste Kreis als Nummer 1 gerechnet
wird, der nächste als Nummer 2 usw. Jeder Radius des innersten Kreises halbiert
den Abstand zwischen den Zentren der geradzahligen Kreise, und jener radius durch
die Zentren der geradzahligen Kreise halbiert die Abstände zwischen zwei benachbarten
Zentren auf dem innersten und den übrigen ungeradzahligen Kreisen.
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Die Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser und/oder Dämpfe davon
werden mittels aer barriere von einem Raum etrennt, in dem sich die offenen Rohrenden
befinden und der ein Gas enthält, das bezüglich des Kernbrennstoffs inert ist.
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@in Ausführungsbeispiel des @rfindungsgegenstandes soll nachstehend
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
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Fig. 1 ist ein Schnitt gemäß Linie I-I in Fig. 2 und Fig. 2 ist ein
Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1;
Beide Figuren stellen nur die
Kernbrennstoffspeicheraniage dar, die selbstverständlich einem Kernreaktor beispielsweise
vom "fortgeschrittenen gasgekühlten oder Hochtemperatur-Typ @sein kann.
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Die Speicheranlage ist in einem massiven Betonaufbau 1 untergebracht,
der zugleich der Abschirmung dient. Die Deckseite des Aufbaus ist, wie in Fig. 1
gezeigt, mit Stahl 2 im mittleren Bereich abgedeckt und liegt vorzugsweise in gleicher
Hd41 mit der Ladefläche des zugeordneten Reaktors oder der zugeordneten Reaktoren;
allerdings kann die Speicheranlage gemäß der Erfindung alternativ auch in Verbindung
mit Anlagen benutzt werden, wie sie in der britischen Patentanmeldung 41673/68 beschrieben
sind.
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Durchbrüche 3a>3b durch die Deckwandung 4 des Betonaufbaus gestatten
den Zugang zu dem Speichergerät, das im einzelnen unten beschrieben wird, und Jeweils
entsprechende Durchbrüche 3a1,3b1 befinden sich in dem Stahl 2.
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Vom Boden des Betonaufbaus 1 ragt eine Betonwandung 5 in Ringform
nach oben, auf der ein stanlerner Stützzylinder 6 aufgebaut ist. Im oberen Ende
des Stützzylinders 6 ist ein der bioligischen Abschirmung dienender Betonstopfen
7 angeordnet, auf dem ein Antriebsmotor und ein Getriebe, schematisch bei 8 angedeutet,
montiert sind. Außerdem ist auf dem Stopfen 7 ein Lager 9 befestigt, das einen Ring
10 trägt, dessen Innenseite ein Ringabtriebsrad 11 aufweist, das im Betrieb von
dem Antriebsmotor über das Getriebe 8 bewegt wird. Von dem Ring 10 hängt ein zylindrischer
Rotor 12 herab, dessen untePes Ende Rollen 13 in Kontakt mit der Oberfläche des
Stützzylinders 6 trägt, so daß eine seitliche Abstützung für den Rotor 12 geschaffen
ist.
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Konzentrisch rings um den Rotor 12 ist eine Serie von oberen Tragri@@gen
14 und unteren Tragriemen 15 angeordnet. Die innersten Ringe der beiden Serien sind
direkt an dem Rotor befestigt, während die übrigen Ringe der oberen Serie von radialen
Träger 16 und Streben lGa getragen werden, die nach unten geneigt sind@zu demjenigen
Ring aus der Serie der unteren Ringe, der der nächstinnere bezüglich des jeweiligen
oberen Ringes ist. Die mittleren und äußersten unteren Ringe 15 werden vorn mittleren
und äußersten oberen Ring durch vertikale Halteglieder 17 getragen.
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An den Ringen 14,15 ist eine Serie von Speicherrohren 18 auf Kreisen
angeordnet, die Konzentrisch sind mit dem Rotor 12.
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Die Rohre sind am unteren Ende geschlossen und erstrecken sich mit
ihren oberen Enden durch den Boden eines beweglichen Teiles 19 einer Flüssigkeitsdichtung
20. Die Abstande zwischen benachbarten Rohren 18 sind unter Berücksichtigung des
Kritischwerdens festgelegt. Die Ausbildung ist in der Beschreibungseinleitung ausführlich
erläutert.
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Oberhalb der Durchbrüche 3a,3b in der Wandung 4 befinden sich Räume
21,22 von in Draufsicht rechteckiger Form, in denen Fernsehkameras (nicht dargestellt)
angeordnet sind für die visuelle Inspektion der Komponenten, die in die Rohre bzw.
aus den Rohren 18 transferiert werden. Stahlblöcke 23,24 sind längs der Räume 21
bzw. 22 angeordnet, um die biologische Abschirmung zu vervollständigen. Die Stahlabdeckung
2, die oben erwähnt wurde, vervollständigt die biologische Abschirmung er den räumen
21>22.
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Der Zentral abschnitt 25 der Stahlabdecl:ung 2 ist getrennt vor übrigen
Teil der Abdeckung 2 und bildet eine
Drehscheibe, die auf einem
Lager 26 ruht und um die vertikale Achse des Rotors 12 drehbar ist. Die DrehscheiLe
wird verwendet, um eine (nicht dargestellte) Brennstofftransfermaschine zwischen
zwei Grunpen von (ebenfalls nicht gezeigten) Maschinenführungen zu bewegen.
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Der Raum, in dem sich der Rotor 12 befindet, ist bis zu einem Pegel
28 mit Wasser gefüllt, der gerade unterhalb des Bodens des beweglichen Teiles 19
liegt. Der Paum oberhalb des Bodens ist mit einem Gas gefüllt, z.. Stickstoff, das
nicht mit dem Kernbrennstoff reagiert. Die Dichtung 20 schafft auch eine Dampffalle,
so daß der eintritt von Wasserdampf in den Raum oberhalb der Dichtung 19 auf einem
Minimum bleibt.
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Die Handhabung des Brennstoffs bei Verwendung einer Speicheranlage
gemäß der Erfindung ist in er britischen Patentanmeldung 41676/68 beschrieben und
wird hier nicht näher erläutert.
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Nachdem ausgebrannter Brennstoff aus dem Reaktor-Core in eine Brennstofftransfermaschine
geladen worden ist, wird die den ausgebrannten Brennstoff enthaltende t;aschine
in eine Stellung über dem einen oder dem anderen der Durchbrüche 3a',3b' bewegt
je nach der Stellung des Rohres, das den Brennstoff aufnehmen soll. Wie man in Fig.
1 erkennt, ermöglicht einer der Durchbrüche 3a' den Zugang zu den Rohren auf dem
innersten Kreis, während der andere Druchbruch 3a' den Zugang zu dem nächstinneren
Kreis ermöglicht; jeder der Durchbrüche 3b' schafft den Zugang zu den Rohren des
einen bzw. des anderen der verbleibenden Kreise.
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Normalerweise ist jeder der Durchbrüche 3a',3b' mittels eines Deckels
verschlossen, der abgenommen wird, sobald die Transfermaschine über den Durchbruch
verbracht worden ist.
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Die ausgebrannte Brennstoff-Bau;ruppe wird in eines der leeren Speicherrolire
18 abgesenkt, nachdem der Rotor 12 zunächst in eine solche Stellung teilverdreht
worden ist, in der sich das leere Rohr 18 gerade unter dernjenige@ Durchbruch befindet,
über dem die Transfermaschine stehet. enn die Brennstoff-Baugruppe in dem ohr aufgenommen
ist, wird sie vorn indenmechanismus der Transfermaschine gelöst, die @aschine wird
abgefahren, unc der Durchbruch wird wieder verschlossen.
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Es versteht sich, daß die Kohre 18 auch frischen, d.h. nichtausgebrannten
Brennstoff, in Brennstoff-Baugruppen enthalten kann, die aus der Speicheranlage
herausgezogen werden können durch das gerade beschriebene Verfahren in umgekehrter
Reinenfolge.
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Die Hitze aus den ausgebrannten Brennstoff-Baugruppen wird durch
Konvektion und Stra@lung auf die Speicherrohre übertragen,und die Hitze aus den
Rohren selbst wird durch direkte Wärmeleitung auf das Wasser übertragen. Normalerweise
wird das Wasser auch durch Wärmetauscher umgewälzt, damit seine Temperatur auf einem
gewünschten Wert gehalten wird.
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Die gerade beschri@bene Ab@ühlungstechnik über die Speicherrohre
ist einfacher als die direkte zwangsweise Abkühlung der Brennstoff-Baugruppen sellst,
weil die mit der Beherrschung großer Kühlgasvolumina, der Filterung und der Kontamination
verbundenen Probleme nicht auftreten.
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Eine Kontamination des Kühlwassers findet nicht statt und ebenso wenig
eine Zwangsumwälzung der Stickstoffatmosphäre über die Brennstoff-Baugruppen, wenn
auch eine Umwälzung des Stickstoffs über einen Kühler (nicht gezeigt), vorgesehen
sein kann.
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Gemaß der Erfindung wird eine trockene Speicheranlage vorgeschlagen,
deren Anwendung beschränkt ist bezüglich des Reaktortyps insofern, als die ausgebrannten
Core-Einheiten derart sein müssen, daß sie sicher gespeichert werden können bei
Temperaturen, die hoch genug sind, daPo der überwiegende Teil der Kühlung derselben
durch Wärmestrahlung erfolgen kann.
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Patentansprüche