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Behälter für die Moderatorflüssigkeit eines Kernreaktors
Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren und betrifft insbesondere Verbesserungen bei Behältern, die denReaktorkem oder aktiven Bereich von Reaktoren umgeben und einen flüssigen Moderator enthalten, z. B. schweres Wasser.
Behälter dieser Art weisen beträchtliche Abmessungen auf und müssen eine grosse mechanische Wi- derstandsfähigkeit haben. Man muss daher bei ihrer Herstellung Werkstoffe mit einer ausgezeichneten me- chanischen Festigkeit verwenden, z. B. Spezialstähle, obwohl diese einen relativ grossen Absorptions- querschnitt aufweisen, wenn sie intensiven, vom Reaktorkern ausgehenden Strahlungen ausgesetzt sind. Es ist daher erforderlich, eine Kuhlung des Behalter vorzusehen, indem man z. B. die in diesem befindli- che Moderatorflüssigkeit durch einen Wärmeaustauscher fliessen lässt. Diese Lösung ermöglicht jedoch nur eine teilweise Kühlung, da gewisse Bereiche des Behälters sich nicht in unmittelbarer Berührung mit der Moderatorflüssigkeit befinden.
Aus Sicherheitsgründen ist es nämlich unerlässlich, im oberen Bereich des Behälters eine freie Flüssigkeitsoberfläche vorzusehen und so ein Expansionsvolumen zu schaffen. Dank dieser Anordnung verhindert man bei Explosionen im Innern des Behälters - z. B. infolge des Bruches von Leitungen oder eines Druckrohres für die Kühlung des Kernbrennstoffes, in denen ein unter Druck befindliches Strömungsmittel fliesst-eine Explosion des Behälters mit den sich daraus ergebenden schwerwiegenden Folgen.
Ausserdem lässt sich durch Verändern des Niveaus des Moderators in dem Behälter die Reaktivität des Reaktors verändern, so dass es oft vorteilhaft ist, ein Niveau der freien Oberfläche des Moderators vorzusehen, das sich in ziemlich weiten Grenzen ändern kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere die Bauart von Reaktorbehältern mit flüssigen Moderatoren zu verbessern, so dass sich zugleich folgende Eigenschaften ergeben : ein veränderbares Niveau mit grosser freier Oberfläche des Moderators, ein Expansionsvolumen mit beliebiger Kapazität sowie eine wirksame Kühlung des Behälters und gegebenenfalls irgendeines andern durch den Moderator gekühlten Bereichs des Reaktors.
Beim Verändern des Moderatorniveaus sind gewisse Druckrohre nicht mehr von der Moderatorflussig- keit umgeben, so dass diese unter Umständen nicht mehr gekühlt sind. Aufgabe der Erfindung ist es auch, diesen Nachteil zu vermeiden.
Die Erfindung ist im wesentlichen darin zu sehen, dass im oberen Bereich des Behälters eine Haube vorgesehen ist, die sich wenigstens bis zum geringstmöglichen Stand der Moderatorflüssigkeit beim Betrieb des Reaktors erstreckt, wobei unter der Haube und oberhalb der freien Oberfläche der Moderatorflüssigkeit ein Gasdruck hergestellt ist, so dass die Moderatorflüssigkeit den Raum zwischen dem Behälter
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oberfläche ein Expansionsvolumen für die Moderaturflüssigkeit geschaffen ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung des Moderatorflüssigkeitskreises eines Kernreaktors mit einem Behälter gemäss der Erfindung ; Fig. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsart eines Behälters gemäss der Erfindung.
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In Fig. 1 sind die den Kernbrennstoff enthaltenden Druckrohre des Reaktors mit 1 bezeichnet und im
Schnitt dargestellt. Es sei angenommen, dass diese Rohre horizontal liegen. Sie werden von der in dem
Behälter 2 enthaltenen Moderatorflüssigkeit umspült. Im oberen Bereich desselben ist eine Haube 3 vor- gesehen. Diese Haube ist am unteren Ende ganz. offen und taucht mit diesem Ende in den Moderator ein.
I Die freie Oberfläche des Moderators liegt innerhalb der Haube, während ein leichter Überdruck von Gas, das unter der Haube enthalten ist, die Kontinuität der Strömungsmittelschicht zwischen der Haube und dem oberen Bereich des Behälters gewährleistet.
Die Form des oberen Bereiches des Behälters und der Haube sind derart gewählt, dass eine grosse freie
Oberfläche des Moderators sowie ein passendes Expansionsvolumen vorhanden sind.
Dank dieser Ausbildung umspült die Moderatorflüssigkeit ersichtlich die gesamte innere Oberfläche des Behälters, die den Moderator enthält, u. zw. unabhängig vom Niveau des Moderators. Unter diesen
Bedingungen erhält man eine ausgezeichnete Kühlung des Behälters.
In der Schemazeichnung sind einige mit dem Moderatorbehälter verbundene Organe dargestellt. Im oberen Bereich des Behälters 2 ist eine Leitung 4 für den Umlauf der Moderatorflüssigkeit angeschlossen.
Die Pumpe 5 setzt diesen Umlauf in Gang. Die überschüssige Wärme, die die Moderatortemperatur an- heben würde. wird durch einen Wärmeaustauscher 6 abgeführt. Nach Durchtritt durch den Wärmeaustau- scher wird die gekühlte Flüssigkeit in den unteren Teil des Behälters 2 eingeleitet.
Der Druck des Gasvolumens oberhalb des Moderators im Innern der Haube kann mittels einer Regel- einrichtung geregelt werden, die an die Evakuierleitung 7 angeschlossen ist. Diese Leitung, deren Quer- schnitt so berechnet ist, dass kein schädlicher Überdruck in dem Behälter bei örtlichen inneren Explosionen auftritt, endet in einem justierten Ventil 8. Bei zufälligen Überdrücken gestattet das Ventil 8 einen Ab- fluss in einen Schornstein 9 nach Durchtritt durch eine Wiedergewinnungseinrichtung für die Moderator- flüssigkeit (nicht dargestellt), da diese sehr kostbar ist, z. B. schweres Wasser.
Die Regeleinrichtung für den Druck umfasst einen Ventilator 10 und zwei Schieber 11 und 12, die in Reihe in einen Gasumlaufring eingefügt sind. Die zwischen den Schiebern 11 und 12 mündende Lei- tung 13 steht mit dem inneren Volumen der Haube 3 in Verbindung, während der eine Gasreserve ent- haltende Vorratsbehälter 14, der oberhalb des Moderators angeordnet ist, über eine Leitung 15 in Strö- mungsrichtung vor dem Schieber 11 mündet. Zwischen dem Schieber 12 und dem Ventilator 10 verbin- det eine Leitung mittels eines Expansions- und Druckbehälters 16 den Gasumlaufring einerseits und die Moderatorflüssigkeit des Behälters 2 anderseits zu einem geschlossenen Kreis. Bei normalem Betrieb des
Reaktors hat die Moderatorflüssigkeit ein freies Niveau in der Kammer 16, das oberhalb des freien Ni- veaus in dem Behälter 2 ist.
Dieser Niveauunterschied entspricht dem Druckabfall im Schieber 12 als Folge der Druckverluste durch das in dem geschlossenen Ring mit dem Ventilator 10 strömende Gas. In- dem man durch einen Servomotor die Öffnungsstellung dieses Schiebers steuert, beeinflusst man den entsprechenden Druckverlust und somit den Druck unterhalb der Haube, der das Niveau des Moderators in dem
Behälter 2 bestimmt. Dem geschlossenen Schieber 12 entspricht ein niederes Niveau des Moderators'in dem Behälter 2. Ein durchsichtiges Rohr 17, das einerseits in Verbindung mit dem inneren Volumen der Haube und anderseits mit dem unteren Bereich des Behälters steht, ermöglicht eine optische Beobachtung' des NiveÅaus des Moderators innerhalb des Reaktors.
Für den Fall eines Versagens des Ventilators 10 und des Regelsystems für den Druck ist ein Sicherheitsentleerungskreis vorgesehen. In diesem Fall besteht kein Druckunterschied mehr zwischen dem vorderen und hinteren Bereich des Schiebers 12, so dass der Moderator bestrebt ist, die ganze Haube zu überschwemmen. Daraus ergibt sich eine Vergrösserung der Reaktivität und gegebenenfalls, jedoch mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit, die Möglichkeit eines Durchgehens des Reaktors. Zur Vermeidung dieses möglichen Zustandes ist ein Sicherheitsentleerungskreis vorgesehen mit einem Vorratsbehälter 18, der einerseits mit einer in Strömungsrichtung vor dem Schieber 11 liegenden Stelle mittels einer Leitung 15 verbunden ist und anderseits mit dem unteren Bereich des Behälters 2 über eine Leitung 19.
Schliesslich ist noch einEntleerungsbehälter 20a über eine Leitung 20 angeschlossen. Bei normalem Betrieb stellt sich das Niveau des Moderators in der Leitung 19 unterhalb des Vorratsbehälters 18 ein, insbesondere als Folge des Druckverlustes in dem Schieber 11. Beim Anhalten des Ventilators hebt sich das Niveau in dem Rohr 19. Die Moderatorflüssigkeit wird nach Ausfüllen des Behälters 18 durch die Leitung 20 abgeführt, wobei diese Abführung aufhört, sobald das Niveau in dem Behälter 2 unterhalb oder gleich dem Niveau des Bodens des Vorratsbehälters 18 ist.
Um den Durchtritt der Steuerstange zu ermöglichen, sind Rohre 21 und 22 in Fluchtung zueinander vorgesehen, wobei die oberen Rohre 21 am oberen Bereich des Behälters 2 angeschlossen sind und die unteren Rohre 22 innerhalb der Haube liegen. Es sind geeignete Vorrichtungen vorgesehen, damit die dichten
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Rohre 21 mit der sich bewegenden Moderatorflüssigkeit gefüllt sind.
Wenn als Moderator schweres Wasser oder eine regenerierbare Flüssigkeit verwendet wird, ist eine katalytische Regeneriervorrichtung 23, die eine nicht bezeichnete Pumpe aufweist, vorzugsweise mit ihrem Saugende an die Evakuierleitung 7 und mit dem Druckende an den oberen Bereich der Haube angeschlossen.
Um die Reaktivität in weiten Grenzen verändern zu können, kann man das Niveau des Moderators derart variieren, dass gewisse Druckrohre sich ausserhalb desselben befinden und nicht mehr von diesem gekühlt werden.
In Fig. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsart des Behälters dargestellt, die das Problem der äusseren.
Kühlung der Druckrohre löst, die sich oberhalb des freien Niveaus des Moderators befinden können.
In dieser Figur ist ein Teil des oberen Bereiches des Behälters 2 dargestellt sowie ein Teil der zugehörigen Haube 3. Man erkennt auch die Rohre 21 und 22 zum Durchtritt einer Steuerstange. Ausserdem sind Leitungen 24 und 25 erkennbar, die mit zylindrischen, die Druckrohre 1 umgebenden Hauben verbunden sind. Betrachtet man z. B. eine dieser Hauben, die Haube 26, so erkennt man, dass es möglich ist,
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selben in dem Behälter unterhalb des Rohres 1 liegt. Die Leitung 24 ist nicht unbedingt erforderlich, sie ermöglicht jedoch, dass sich keine Gasblase unter der Haube 26 befindet. Ausserdem erleichtert diese Leitung das Füllen der Haube 26 beim ersten Anheben des Niveaus des Moderators in dem Behälter.
Es können zusätzliche Anordnungen getroffen sein, insbesondere zum Verbessern der Verteilung der Moderatorflüssigkeit, die in den die untergetauchte Haube enthaltenden Behältern in Bewegung ist, und es ist offensichtlich, dass diese Anordnungen gleichfalls im Rahmen der Erfindung liegen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist'ein Kernreaktor mit horizontal liegenden Druckrohren angenommen. In gleicher Weise lässt sich die Erfindung bei Reaktoren mit vertikalen Rohren anwenden, wobei der Durchtritt durch jedes Rohr dann eine Anordnung erfordert, die der in dem Anwendungsbeispiel für Steuerstangen beschriebenen ähnlich ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Behälter für die Moderatorflüssigkeit eines Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Bereich des Behälters (2) eine Haube (3) vorgesehen ist, die sich wenigstens bis zum geringstmöglichen Stand der Moderatorflüssigkeit beim Betrieb des Reaktors erstreckt, wobei unter der Haube (3) und oberhalb der freien Oberfläche der Moderatorflüssigkeit ein Gasdruck hergestellt ist, so dass die Moderatorflus- sigkeit den Raum zwischen dem Behälter (2) und der Haube (3) gänzlich ausfüllt, wobei dieser Druck regelbar ist, um das Niveau der freien Flüssigkeitsoberfläche zu verändern, und dass durch die Form der Haube (3) zwischen dieser und der freien Flüssigkeitsoberfläche ein Expansionsvolumen für die Moderatorflüssigkeit geschaffen ist.