DE3921670C2

DE3921670C2 -

Info

Publication number: DE3921670C2
Application number: DE3921670A
Authority: DE
Inventors: Josef Dr.-Ing. 7521 Hambruecken De Schoening; Wilfried Dipl.-Ing. 6836 Oftersheim De Stracke
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1989-07-01
Filing date: 1989-07-01
Publication date: 1992-10-22
Also published as: DE3921670A1; JPH0344596A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abschirmen thermi scher Neutronen bei einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for thermal shielding shear neutrons in a gas-cooled high-temperature reactor with the features of the preamble of claim 1.

Eine derartige Einrichtung ist in der DE-PS 25 06 293 beschrie ben. Die bekannte Einrichtung, mit der bezweckt wird, eine di rekte Neutroneneinstrahlung aus dem Heißgassammelraum in die Heißgaskanäle und damit eine Aktivierung der metallischen Ein bauten der Heißgaskanäle zu verhindern, besteht aus einer in Höhe der Heißgaskanäle in dem Heißgassammelraum angeordneten Ringmauer aus Graphit, die den Querschnitt der Heißgaskanäle abdeckt. Zwischen den Kanalanschlüssen und der Ringmauer be findet sich ein Ringraum für die Kühlgasströmung, in den das Kühlgas durch in der Ringmauer vorgesehene Schlitze gelangt. Die Schlitze sind zu den Kanalanschlüssen versetzt angeordnet. In der Ringmauer können auch Stäbe aus Abschirmmaterial (B₄C) vorgesehen sein.Such a device is described in DE-PS 25 06 293 ben. The well-known device with the aim of a di direct neutron radiation from the hot gas collecting space into the Hot gas channels and thus an activation of the metallic one Preventing construction of the hot gas ducts consists of an in Height of the hot gas channels arranged in the hot gas collecting space Circular wall made of graphite covering the cross section of the hot gas ducts covers. Be between the sewer connections and the ring wall there is an annulus for the cooling gas flow, in which the Cooling gas passes through slots provided in the ring wall. The slots are offset from the duct connections. Bars made of shielding material (BäbeC) can also be be provided.

Die Heißgaskanäle sind entweder Teil der Hauptkreisläufe und führen dann jeweils zu einem Dampferzeuger oder anderen Wärme tauscher, oder sie gehören zu den Hilfskreisläufen und sind in diesem Fall jeweils mit einem Nachwärmetauscher verbunden. Wegen der hohen Temperatur des zu transportierenden Gases müs sen alle Heißgaskanäle mit einer thermischen Isolierung verse hen sein, für deren Abdeckung und weitere metallische Bauteile der Heißgaskanäle hochtemperaturfeste Werkstoffe erforderlich sind. Hierfür kommen in erster Linie nickelhaltige Werkstoffe in Betracht, da Cobalt als Legierungsbestandteil im Hinblick auf eine Endbeseitigung nicht zulässig ist.The hot gas ducts are either part of the main circuits and then each lead to a steam generator or other heat exchanger, or they belong to the auxiliary circuits and are in in this case connected to a post-heat exchanger. Because of the high temperature of the gas to be transported provide all hot gas ducts with thermal insulation hen be for their cover and other metallic components of the hot gas ducts requires high temperature resistant materials are. For this, there are primarily nickel-containing materials into consideration since cobalt is considered as an alloying component for final disposal is not permitted.

Wie sich in neueren Werkstoffuntersuchungen herausstellte, werden nickelhaltige Legierungen bei Temperaturen < 600°C durch thermische Neutronen in ihrer Bruchdehnung und Zeitstand festigkeit beeinträchtigt. Um diese Werkstoffschädigungen in zulässigen Grenzen zu halten, ist es erforderlich, den Fluß der durch die Seitenreflektor-Durchbrüche austretenden thermischen Neutronen so weit herabzusetzen, daß eine Schädigung der Heiß gaskanalisolierung mit Sicherheit auszuschließen ist. Dies läßt sich mit Hilfe einer Abschirmung erreichen, beispielsweise mit der in der DE-PS 25 06 293 beschriebenen Ringmauer.As it turned out in recent material studies, alloys containing nickel at temperatures <600 ° C by thermal neutrons in their elongation at break and creep strength impaired. To avoid this material damage permissible limits, it is necessary to restrict the flow of the thermal leakage through the side reflector openings Neutrons so far that damage the hot gas duct insulation can be excluded with certainty. This leaves reach themselves with the help of a shield, for example with the ring wall described in DE-PS 25 06 293.

Zum Stand der Technik wird noch die DE-OS 14 64 705 genannt, die eine gegen Strahlung abgeschirmte Rohrleitung betrifft. Die Rohrleitung, die aus einem Kernreaktorbehälter herausgeführt wird, weist im Bereich der Durchführung eine Erweiterung auf, in welcher ein Abschirmblock angeordnet ist. Der Abschirmblock deckt den Leitungsquerschnitt ab, und die Gas- oder Flüssig keitsströmung wird um den Abschirmblock herumgeführt. Bei die ser Art der Abschirmung muß der Leitungsquerschnitt im Bereich der Durchführung vergrößert sein.DE-OS 14 64 705 is also mentioned regarding the prior art, which affects a pipeline shielded from radiation. The Pipe leading out of a nuclear reactor vessel has an extension in the area of implementation, in which a shielding block is arranged. The shielding block covers the line cross-section, and the gas or liquid current flow is led around the shielding block. At the This type of shielding must have a cable cross-section in the area the implementation may be enlarged.

Ferner ist es aus der DE-OS 29 33 899 bekannt, in einem als koaxiale Gasführung ausgebildeten Gaskanal eine Abschirmung vorzusehen. Diese besteht aus einem zentrisch in den Gaskanal eingebauten rotationssymmetrischen Verdrängungskörper und einem diesen umgebenden Abschirmungsring, dessen Innenfläche der Kon tur des Verdrängungskörpers angepaßt ist. Dabei ist hinreichend Abstand gelassen für die Bildung eines ringartigen Strömungs weges, auf dem das Gas umgelenkt wird.Furthermore, it is known from DE-OS 29 33 899, in a as Coaxial gas duct trained gas duct a shield to provide. This consists of a center in the gas channel built-in rotationally symmetrical displacement body and one this surrounding shield ring, the inner surface of the Kon is adapted to the displacement body. It is sufficient Leave space for the formation of a ring-like flow way on which the gas is redirected.

Ausgehend von der DE-PS 25 06 293, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Abschirmen thermischer Neutronen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaf fen, deren Abschirmungswirkung gegenüber dem Stand der Technik verbessert und die zudem einfacher und kostengünstiger herzu stellen ist. Außerdem sollen die Druckverluste des Heißgases wesentlich reduziert sein.Starting from DE-PS 25 06 293, the invention is the Task based on a device for thermal shielding To create neutrons according to the preamble of claim 1 fen, their shielding effect compared to the prior art improved and also easier and cheaper to use pose is. In addition, the pressure losses of the hot gas be significantly reduced.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the features of characterizing part of claim 1 solved.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich in kostengün stiger Weise bei der Konstruktion metallischer Komponenten in dem Heißgasbereich nickelhaltige Werkstoffe mit den bekannten günstigen Eigenschaften einsetzen lassen, die sie - da eine Schädigung durch thermische Neutronen ausgeschlossen ist - über die gesamte Einsatzzeit behalten. Müßte auf die Verwendung nickelhaltiger Werkstoffe im Hochtemperaturbereich verzichtet werden, so wären umfangreiche Untersuchungen an anderen, neuen Werkstoffen unerläßlich.The advantage of the invention is that it is inexpensive in the construction of metallic components the hot gas area nickel-containing materials with the known favorable properties that they - because one Damage from thermal neutrons is excluded - about keep the entire operating time. Would have to use nickel-containing materials in the high temperature range extensive investigations into other, new ones Essential materials.

Als neutronenabsorbierendes Material kommt vor allem Bor in Betracht, zweckmäßigerweise als Borkarbid. Das Borkarbid kann z. B. in Form von Stäben in Bohrungen der Graphitkörper und der Seitensteine des Seitenreflektors eingesetzt sein. Es kann auch in Form von in den Graphitkörpern eingebetteten beschichteten Teilchen vorliegen.Boron is the main neutron absorbing material Consider, expediently as boron carbide. The boron carbide can e.g. B. in the form of rods in holes in the graphite body and Side stones of the side reflector may be used. It can also in the form of coated particles embedded in the graphite bodies are available.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der im Patentanspruch 1 gekenn zeichneten Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der folgen den Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen zu entnehmen. Die Figuren zeigen im einzelnen:Further advantageous refinements of those identified in claim 1 Drawn invention are the dependent claims and the follow the description of an embodiment in connection with the schematic drawings can be seen. The figures show in detail:

Fig. 1 den unteren Teil eines gasgekühlten Hochtemperatur reaktors mit einem Heißgaskanal im Längsschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2, Fig. 1 the lower part of a gas-cooled high temperature reactor with a hot gas duct in the longitudinal section along the line II of Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. Fig. 2 is a cross section along the line II-II in FIG. 1.

Die Fig. 1 läßt einen Teil eines Spannbetondruckbehälters 1 erkennen, in dem in einer zentralen Kaverne ein gasgekühlter Hochtemperaturreaktor 2 mit kugelförmigen Brennelementen unter gebracht ist. Die Schüttung der Brennelemente, die von oben nach unten von einem Kühlgas (Helium) durchströmt wird, ruht auf einer Tragkonstruktion 3 aus Graphitblöcken 4, die zugleich den Bodenreflektor bildet. Unterhalb der Tragkonstruktion 3 befindet sich ein Heißgassammelraum, in welchem eine Vielzahl von Säulen 6 angeordnet ist und der deshalb als Säulenhalle 5 bezeichnet wird. Über die Säulen 6 stützt sich die Tragkon struktion 3 auf einer Bodenlage 7 ab, die wiederum auf einem thermischen Bodenschild 8 ruht. Dieser ist über Rollenlager 9 auf dem Boden des Spannbetondruckbehälters 1 abgestützt. Fig. 1 shows a part of a prestressed concrete pressure vessel 1 in which a gas-cooled high-temperature reactor 2 with spherical fuel elements is placed in a central cavern. The bed of the fuel elements, through which a cooling gas (helium) flows from top to bottom, rests on a support structure 3 made of graphite blocks 4 , which at the same time forms the base reflector. Below the supporting structure 3 there is a hot gas collecting space, in which a multiplicity of columns 6 is arranged and which is therefore referred to as a column hall 5 . About the columns 6 , the Tragkon construction 3 is supported on a bottom layer 7 , which in turn rests on a thermal bottom plate 8 . This is supported by roller bearings 9 on the bottom of the prestressed concrete pressure vessel 1 .

Seitlich wird die Kugelschüttung von einem Seitenreflektor 10 begrenzt, der ebenfalls aus Graphitblöcken 11 zusammengefügt ist. Er umschließt auch die Säulenhalle 5 und ist seinerseits - unter Bildung eines Ringraumes 13 - von einem thermischen Sei tenschild 12 umgeben. In der Reaktorkaverne sind - auf einem Teilkreis um den Hochtemperaturreaktor 2 - mehrere Dampferzeu ger und Nachwärmetauscher installiert, von denen jeder durch einen Heißgaskanal mit der Säulenhalle 5 verbunden ist, wobei der Heißgaskanal jeweils an einen Durchbruch in dem Seitenre flektor 10 angeschlossen ist. In der Fig. 1 sind nur der Dampf erzeuger 14 sowie der zugehörige Heißgaskanal 15 und Durchbruch 18 dargestellt.The ball bed is laterally delimited by a side reflector 10 , which is also assembled from graphite blocks 11 . It also encloses the pillared hall 5 and is in turn - surrounded by a thermal side plate 12 - forming an annular space 13 . In the reactor cavern - on a pitch circle around the high-temperature reactor 2 - several steam generators and post-heat exchangers are installed, each of which is connected by a hot gas duct to the column hall 5 , the hot gas duct being connected to a breakthrough in the side reflector 10 . In Fig. 1 only the steam generator 14 and the associated hot gas duct 15 and breakthrough 18 are shown.

Der Heißgaskanal 15 ist um 90° abgewinkelt und weist an der Umlenkstelle zur Vergleichmäßigung der Heißgasströmung eine schräg eingebaute Lochplatte 26 auf. Er stützt sich auf einer Gußabschirmung 16 ab und ist innen mit einer thermischen Isolierung 17 versehen. Um die thermische Isolierung 17 vor einer Bestrahlung mit thermischen Neutronen zu schützen, weist der Hochtemperaturreaktor 2 eine Einrichtung zum Abschirmen dieser Neutronen auf, die in der Fig. 2 genauer dargestellt ist.The hot gas duct 15 is angled by 90 ° and has an obliquely installed perforated plate 26 at the deflection point in order to even out the hot gas flow. It is supported on a cast shield 16 and is provided with thermal insulation 17 on the inside. In order to protect the thermal insulation 17 from irradiation with thermal neutrons, the high-temperature reactor 2 has a device for shielding these neutrons, which is shown in more detail in FIG. 2.

Die Einrichtung umfaßt eine Anzahl strömungsgünstig gestalteter Graphitkörper, die Material mit einem hohen Einfangquerschnitt für thermische Neutronen enthalten, z. B. Borkarbid. In dem ge zeigten Beispiel ist das Borkarbid in Form von beschichteten Teilchen in den Graphitkörpern eingelagert.The device includes a number of aerodynamically designed Graphite body, the material with a high capture area for thermal neutrons included, e.g. B. Boron carbide. In the ge showed example is the boron carbide in the form of coated Particles embedded in the graphite bodies.

Die Fig. 2 läßt den Durchbruch 18 in dem Seitenreflektor 10 für den Anschluß des zu dem Dampferzeuger 14 führenden Heißgaska nals 15 erkennen; ferner ist hier ein Durchbruch 19 darge stellt, der einen Heißgaskanal mit einem Nachwärmetauscher ver bindet. Die Graphitkörper zur Abschirmung des Durchbruchs 18 und des Durchbruchs 19 sind unterschiedlich gestaltet. Gemein sam ist ihnen jedoch, daß ihre Höhe mindestens gleich der Höhe des Durchbruchs 18 bzw. 19 ist und daß sie allein oder in Kom bination den Querschnitt des jeweiligen Durchbruchs vollständig abdecken. Die Graphitblöcke des Seitenreflektors 10, von denen die Durchbrüche 18, 19 unmittelbar begrenzt sind (im folgenden Seitensteine 20 bzw. 21 genannt), enthalten ebenfalls Material mit hohem Einfangquerschnitt für thermische Neutronen. Fig. 2 shows the opening 18 in the side reflector 10 for the connection of the leading to the steam generator 14 Heißgaska nals 15 ; Furthermore, here is an opening 19 Darge that ver binds a hot gas duct with a post-heat exchanger. The graphite body for shielding the opening 18 and the opening 19 are designed differently. Common to them, however, is that their height is at least equal to the height of the opening 18 or 19 and that they cover the cross section of the respective opening completely, alone or in combination. The graphite blocks of the side reflector 10 , of which the openings 18 , 19 are immediately limited (hereinafter referred to as side stones 20 and 21 , respectively) also contain material with a high capture cross section for thermal neutrons.

Die Abschirmung des Durchbruchs 18 erfolgt mit Hilfe von zwei Graphitkörpern, und zwar von einem länglich geformten Gra phitkörper 22, der in der Säulenhalle 5 angeordnet ist, und einem zweiten länglichen Graphitkörper 23, welcher sich inner halb des Durchbruchs 18 befindet und sich in radialer Richtung erstreckt. Die Seitensteine 20, die den Durchbruch 18 begrenzen und jeweils aus mehreren Graphitblöcken bestehen, weisen eine strömungsgünstige Form auf.The shielding of the opening 18 is carried out with the aid of two graphite bodies, namely of an elongated gra phite body 22 , which is arranged in the column hall 5 , and a second elongated graphite body 23 , which is located inside the opening 18 and is in the radial direction extends. The side stones 20 , which delimit the opening 18 and each consist of several graphite blocks, have a streamlined shape.

Für den Durchbruch 19 sind drei Graphitkörper vorgesehen, von denen die beiden Graphitkörper 24 einen kreisrunden Querschnitt haben und in der Säulenhalle 5 angeordnet sind, während der dritte Graphitkörper 25 in den Durchbruch 19 hineinragt und in Bezug auf die beiden Graphitkörper 24 auf Lücke steht. Um die Strömungsverluste gering zu halten, hat der Graphitkörper 25 einen eiförmigen Querschnitt. Die Seitensteine 21 weisen keine besondere Formgebung auf; d. h. der Durchbruch 19 verläuft gerade.For the opening 19 , three graphite bodies are provided, of which the two graphite bodies 24 have a circular cross section and are arranged in the column hall 5 , while the third graphite body 25 projects into the opening 19 and is at a gap with respect to the two graphite bodies 24 . In order to keep the flow losses low, the graphite body 25 has an egg-shaped cross section. The side stones 21 have no special shape; ie breakthrough 19 is straight.

Claims

1. Device for shielding thermal neutrons in a gas-cooled high-temperature reactor ( 2 ), the

a) a cooling gas flows from top to bottom,
b) rests on a supporting structure ( 3 ) made of graphite blocks ( 4 )
- b1) is supported on pillars of a pillar hall ( 5 ) serving as a hot gas collecting space
- b2) from a graphite blocks ( 11 ) existing side reflector ( 10 ) is limited in which
- b3) a plurality of openings ( 18, 19 ) are provided for connecting hot gas ducts ( 15 ) leading to steam generators ( 14 ) and post-heat exchangers, which are protected by the device against direct neutron radiation,

characterized by the following features:

c) the device consists of aerodynamically shaped graphite bodies ( 22, 23, 24, 25 ),
- c1) the z. T. in the portico ( 5 ) before the openings ( 18, 19 ), z. T. are arranged within the openings ( 18, 19 ),
- c2) whose height corresponds at least to the height of the respective opening ( 18, 19 ),
- c3) which completely cover the cross section of the openings ( 18, 19 ) and
- c4) contain material with a high capture cross section for thermal neutrons;
d) which directly limit the openings ( 18, 19 ) of the graphite blocks ( 20, 21 ) of the side reflector ( 10 ) (side stones) also contain material with a high capture cross section for thermal neutrons.

2. Device according to claim 1, characterized in that the openings ( 18 ) for the leading to the steam generators ( 14 ) leading hot gas channels ( 15 ) one in the column hall ( 5 ) arranged, elongated graphite body ( 22 ) sen and within each of these Breakthroughs ( 18 ) a white elongated, but in the radial direction he extending graphite body ( 23 ) is provided.

3. Device according to claim 1, characterized in that the openings ( 19 ) for the hot gas channels leading to the heat exchangers ( 15 ) each have a combination of two in the column hall ( 5 ) arranged graphite body ( 24 ) circular cross-section with a gap between them have third graphite body ( 25 ) egg-shaped cross section, the third graphite body ( 25 ) z. T. is located in the respective breakthrough ( 19 ).

4. Device according to claim 1, characterized in that the openings ( 18 ) delimiting side stones ( 20 ) are aerodynamically shaped.

5. Device according to claim 1, characterized in that the material with high capture cross section for thermal Neutrons in the form of be embedded in the graphite bodies layered particles is present.