Be- und Entladeeinrichtung für Kernreaktoren Die Erfindung betrifft eine Be- und Entladeein- richtung für Kernreaktoren mit festen, nicht umman telten Brennstoffelementen.
Es sind Kernreaktoren bekannt, bei denen feste, ungeschützte Brennstoffelemente, z. B. in Form von Kugeln, in den Reaktorkern eingebracht werden, wo bei man durch das Einfüllen einer grossen Anzahl von Brennstoffkugeln die erforderliche kritische Masse im Reaktorkern erreicht. Beim Betrieb eines solchen Reaktors müssen die kugelförmigen Brenn stoffelemente aus dem Reaktorkern entfernt werden, wenn ein gewünschter Abbrand erreicht ist.
Zur Beurteilung des Zustandes der Brennstoffelemente ist daher ein Ausschleusen aus dem Reaktorkern mit anschliessender Kontrolle und Sortierung erforderlich, wobei die Brennstoffelemente, deren Abbrand bereits den erwünschten Grad erreicht hat, zum Abtransport ausgeschieden werden, während die noch brauchba ren Brennstoffelemente über eine Zuführungseinrich tung wieder zurück in den Reaktorkern gelangen. Da die ungeschützten Brennstoffelemente demnach meh reren Manipulationsvorgängen unterworfen werden müssen, ergeben sich für den Aufbau des Reaktors besondere Probleme. Schwierigkeiten bereitet vor al lem die Gasabgabe dieser Brennstoffelemente, da es sich hierbei ebenfalls um hochradioaktive Gase han delt, deren Austritt in die Atmosphäre bzw. in die von Bedienungspersonen betretenen Räume verhin dert werden soll.
Gemäss der Erfindung wird zur überwindung der aufgezeigten Schwierigkeiten und zur Schaffung einer 'besonders betriebssicheren Reaktoreinheit vorgeschla gen, dass zum Umwälzen der Brennstoffelemente am Reaktorgefäss eine geschlossene Druckgasförderlei- tung vorgesehen ist und dass in Wirkverbindung mit dieser Druckgasförderleitung Vorrichtungen zur Ein- schleusung, Vereinzelung, Ausschleusung, Kontrolle, Sortierung, Verpackung und Rücktransport der Brennstoffelemente vorgesehen sind, wobei diese Vor richtung in mindestens einer gasdicht abgeschlosse nen, biologisch abgeschirmten Zelle liegen,
in der ein vorgegebener Unterdruck einer Inertatmosphäre herrscht.
Bei einer vorteilhaften Ausführung erfolgen sämt liche Manipulationsvorgänge in gasdicht abgeschlos senen, abgeschirmten Zellen. Durch den vorgeschla genen Aufbau ergibt sich eine wesentliche Verein fachung, wenn die genannten gasdicht abgeschlos senen, biologisch abgeschirmten Zellen so bemessen sind, dass die ungeschützten Brennstoffelemente bis zum Abtransport aus dem Reaktor ohne besondere Schutzelemente behandelt werden können. Die abge schlossenen Zellen stehen mit Vorteil nur über eine Gas- und/oder Flüssigkeitsschleuse mit der Aussen luft in Verbindung.
Zur Vermeidung von chemischen Reaktionen ist in den Zellen, in denen die unge schützten Brennstoffelemente behandelt werden, eine inerte Atmosphäre, d. h. die Abwesenheit von che misch reaktionsfähigen Gasen, erforderlich. Durch die Aufrechterhaltung eines bestimmten Druckwertes innerhalb der abgeschlossenen Zellen kann dafür gesorgt werden, dass keine unerwünschten Gase aus diesen austreten oder in sie hineingelangen können. Hierzu wird ein entsprechender Unterdruckwert ge wählt, der z. B. durch angeschlossene Vakuumpum pen aufrechterhalten wird.
Da die abgeschlossenen Zellen bereits nach kur zem Betrieb weitgehend radioaktiv verseucht sind und nicht betreten werden können, sind vorzugs weise in Verbindung mit den oben angeführten Vor richtungselementen in den Zellen fernbediente Han- tierungsgeräte vorgesehen. Der Aufbau in den Zellen kann so gewählt sein, dass die Teile der Zellenein bauten durch diese Hantierungsgeräte und/oder zu sätzliche Fernbedienungsmittel repariert oder ausge tauscht werden können.
Bei Einbau von mehreren fernbedienten Hantierungsgeräten in einer einzelnen Zelle kann ein solches Hantierungsgerät Vorrich- tungselemente enthalten, deren Konstruktionsmerk male einen Austausch oder eine Aufbesserung defek ter Teile der Zelleneinbauten, z. B. auch defekter Teile eines anderen Hantierungsgerätes, gestatten. Zur Überwachung der Ferribedienungseinrichtungen in den abgeschlossenen Zellen können an diesen Beobachtungseinrichtungen für direkte oder indirekte Beobachtung angebracht sein.
Die ausserhalb der abgeschlossenen Zellen arbeitenden Bedienungsper sonen können mit Hilfe dieser Beobachtungseinrich tungen die Steuermittel für die Fernbedienungsgeräte handhaben. Bei der direkten Beobachtung können gegebenenfalls mehrschichtige Fenster aus Bleiglas oder mit flüssiger Zwischenschicht vorgesehen sein, während die indirekte Beobachtung unter Benutzung von elektronenoptischen Geräten nach der Art übli cher Fernsehgeräte erfolgen kann. Bei einem solchen Reaktoraufbau kann es ausserdem zweckmässig sein, Mittel vorzusehen, mit deren Hilfe die abgebrannten Brennstoffelemente vor dem Ausbringen aus einer abgeschlossenen Zelle zum Abtransport, einzeln oder in mehreren Stücken, in Behälter eingesetzt und in diesen gasdicht verschlossen werden können.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Brennstoff elemente, welche den Reaktor verlassen und zur Auf arbeitung oder Lagerung abtransportiert werden müs sen, keine schädlichen gasförmigen Bestandteile in die Atmosphäre abgeben können. Zweckmässig setzt man die kugelförmigen Brennstoffelemente dabei ein zeln oder in geringer Stückzahl übereinander in büchsenartige Behälter, z. B. aus Aluminium, die im Bereich der Deckelzone durch Schweissung verschlos sen sind. Da das Zuschweissen der Behälter noch innerhalb der abgeschlossenen Zellen erfolgen muss, ist bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel eine Schweissmaschine innerhalb einer solchen gasdichten Zelle vorgesehen und durch entsprechende bekannte Mittel zur Fernbedienung eingerichtet.
Man kann ferner die laufend benötigten, neuen Brennstoffele mente ebenfalls in solchen abgeschlossenen Behäl tern in eine gasdichte Zelle des Reaktors einschleu sen und dort nach Öffnen der Behälter in einen entsprechenden Lagervorrat fördern. Es kann ausser dem zweckmässig sein, die verschlossenen Behälter zusätzlich in einen Kunststoffbeutel einzuschliessen, der mit Hilfe einer Folienschweissmaschine dicht ver schlossen wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Reaktors mit einer Be- und Entladeeinrichtung nach der Erfindung in teilweise geschnittener per spektivischer Ansicht schematisch dargestellt.
Man erkennt einen inneren Reaktorbehälter 1, in dem sich der aus einer Vielzahl von kugelförmi gen Brennstoffelementen 2 gebildete Reaktorkern 3 befindet. Das Zuführen von kugelförmigen Brenn stoffelementen 2 erfolgt über eine rohrförmige Zu leitung 4 aus einer Beschickungskammer 5, welche gemäss der Erfindung gasdicht abgeschlossen, biolo gisch abgeschirmt und mit einer inerten Schutzgas atmosphäre versehen ist. Im Inneren der Beschik- kungskammer 5 befindet sich ein Manipulator 6, mit dessen Hilfe die Brennstoffkugeln 2 gehandhabt werden können.
Zur Bedienung des Manipulators 6 ist ausserhalb der abgeschlossenen Beschickungskam mer 5 ein Bedienungsgerät 7 vorgesehen, wobei die Bedienungsperson den Manipulator 6 unter optischer Kontrolle durch ein Beobachtungsfenster 8 handhabt. Durch geeignete Wahl der Wandstärke und Werk stoffe für die Wand der abgeschlossenen Beschik- kungskammer 5 wird sichergestellt, dass in den für die Bedienungspersonen bestimmten Räumen ausser halb der Beschickungskammer 5 keine unzulässige Strahlenbelastung auftritt.
Die kugelförmigen Brennstoffelemente 2 gelan gen aus einer gleichfalls gasdicht abgeschlossenen und abgeschirmten unteren Kammer 9 über weitere Rohrleitungen 10, 11 in die Beschickungskammer 5. In der in gleicher Weise mit inerter Schutzgasatmo- sphäre 'bei entsprechendem Unterdruck gehaltenen unteren Kammer 9 sind zwei weitere Manipulatoren 12, 13 vorgesehen, deren Tätigkeit über weitere Beobachtungsfenster 14, 15 beobachtet und mit Hilfe eines Steuerpultes 16 gesteuert werden kann.
Aus dem Reaktorkern 3 können die kugelförmigen Brennstoffelemente über ein Fallrohr 17 in eine Entnahmevorrichtung 18 in der unteren Kammer 9 gelangen, in der eine Prüfung auf den Abbrandzu- stand in an sich bekannter Weise durch Strahlungs messung durchgeführt wird. Ebenso wird der mecha nische Zustand der Brennstoffelemente überprüft. Die unbrauchbaren Brennstoffelemente gelangen über einen Auslass 19 auf eine Fallrinne 20 und von dort in die auf karusselartig drehbaren Trägern 21 angeordneten Transportbehälter 22, die daran an schliessend mit Hilfe einer Schweissmaschine 23, die von einem zugeordneten Bedienungspult 24 gesteuert wird, verschlossen werden.
Mit Hilfe des Manipula tors 12 können die gefüllten Transportbehälter 22 aus dem karussellartigen Träger 21 herausgenommen und nach Öffnen einer Klapptür 25 durch einen Fall schacht in den Wasservorrat einer Wasserschleuse 26 gelangen. In dieser Wasserschleuse 26 werden die verschlossenen Behälter 24 bis zum Abtransport gelagert.
Die aus der Entnahmevorrichtung 18 als weiter hin brauchbar aussortierten kugelförmigen Brenn stoffelemente 2 werden über eine Rückführungslei tung 27 weitergeleitet und gelangen schliesslich über eine der Rohrleitungen 10, 11 mit Hilfe einer nicht gezeichneten Druckluftförderanlage in die Beschik- kungskammer 5 zurück und werden von dort über die rohrförmige Zuleitung 4 erneut in den Reaktor kern 3 gebracht. Mit Rücksicht auf die schematische Darstellung sind die an sich erforderlichen, zusätzlichen Mess- und Steuereinrichtungen für den Betrieb des Reak tors nicht eingezeichnet worden.
Ebenso wurde auch auf die Darstellung der Vakuumpumpen verzichtet, welche in der Beschickungskammer 5 und in der unteren Kammer 9 einen entsprechenden Unterdruck aufrechterhalten. Bei dem gewählten Ausführungs beispiel gelangen die aus der Rückführungsleitung 27 austretenden kugelförmigen Brennstoffelemente 2 ebenfalls in büchsenartige Behälter 22, die in einem weiteren karussellförmigen Träger 28 aufgehängt sind. Diese mit rückzuführenden Brennstoffelementen 2 gefüllten Büchsen werden dann über eine der Rohr leitungen 10 nach dem Rohrpostsystem in die Be schickungskammer 5 gebracht.
Dort werden die büch- senförmigen Behälter 22 geöffnet, die kugelförmigen Brennstoffelemente 2 entnommen und die Behälter 22 selbst über die andere Rohrleitung 11 in die untere Kammer 9 zurückgeführt. Man kann auch andere Transporteinrichtungen zwischen der unteren Kammer 9 und der Beschickungskammer 5 anord nen, wenn sich dies im Einzelfall als zweckmässig erweist. Ebenso können die kugelförmigen Brenn- Stoffelemente 2 auch ohne Verpackung in Büchsen, z. B. mittels einer Schaufelfördereinrichtung, in ent sprechend abgeschlossenen Räumen innerhalb des Reaktors transportiert werden. Vor dem Ausbringen in die Wasserschleuse 26 ist jedoch in jedem Fall ein Verschluss in gasdichten Behältern nötig.
In der Zeichnung sind ausserdem Laufkranen 29, 30 vorgesehen, die in die darunterliegenden Kam mern 5 und 9 nach Öffnen einer Verschlussvorrich- tung 31, 32 eingreifen können. Da im allgemeinen in den Kammern 5 und 9 ein Unterdruck von etwa 5 mm Wassersäule aufrechterhalten werden soll, wäh rend im Reaktorinnenraum ein überdruck von etwa 10 atü herrscht, sind in den erforderlichen Zufüh- rungs- und Auslassleitungen nicht gezeichnete Ab sperrventile vorzusehen, welche eine Druckschleuse bilden. Da im Reaktorkern 3 verschiedenartige Brennstoffelemente, z. B.
Uran- und Thorium-Ku- geln, untergebracht werden müssen, ist beim Sortie ren in der unteren Kammer 9 und beim Einfüllen in die zum Abtransport bestimmten Behälter 22 da für Sorge zu tragen, dass nur Brennstoffelemente der gleichen Art in die gleiche Transportbüchse ge langen.