WO2000057426A2 - Reaktorsystem und steuerungsverfahren und mittel - Google Patents

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WO2000057426A2
WO2000057426A2 PCT/DE2000/000899 DE0000899W WO0057426A2 WO 2000057426 A2 WO2000057426 A2 WO 2000057426A2 DE 0000899 W DE0000899 W DE 0000899W WO 0057426 A2 WO0057426 A2 WO 0057426A2
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reactor
neutron
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Stephan Struth
Mario Kuhlmann
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Forschungszentrum Juelich GmbH
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    • G21C9/02—Means for effecting very rapid reduction of the reactivity factor under fault conditions, e.g. reactor fuse; Control elements having arrangements activated in an emergency
    • G21C9/027—Means for effecting very rapid reduction of the reactivity factor under fault conditions, e.g. reactor fuse; Control elements having arrangements activated in an emergency by fast movement of a solid, e.g. pebbles
    • G—PHYSICS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to a method and control system for regulating and selectively shutting down the power of a nuclear reactor, to a nuclear reactor including such a system, and to a neutron absorption body for such regulating and selectively shutting down the power of a nuclear reactor.
  • Today's nuclear fission reactors include a reactor core that contains the nuclear fuel elements.
  • the nuclear fuel elements include the nuclear fuel (uranium, thorium and / or plutonium isotopes) and a moderator.
  • Nuclear fission releases fast neutrons which are slowed down by the moderator in order to achieve an energy level that is suitable for causing another fuel core to fission. This in turn leads to the release of fast neutrons and heat, which is used to generate energy.
  • At least two independent shutdown systems for nuclear reactors. They serve to end the nuclear chain reaction. At least one of these systems can also be used to regulate the operation, ie the power and the power profile of the reactor.
  • the shutdown systems traditionally work by bring neutron absorbing materials into the core or its surroundings (e.g. the surrounding reflector). The amount of such absorbers to be introduced must be sufficient to ensure a sufficiently rapid control and, if necessary, a sufficient switch-off effect, for example in all operating and fault situations in the event of a temperature change and / or after a decay of Xe 135 .
  • a shutdown system is also used for control purposes, these absorbers are not moved completely out of their effective positions during normal operation, so that the reactivity can be increased when extended further, i.e. the splitting rate can be increased.
  • a switch-off function is achieved by moving additional absorbers into effective positions, which stops the chain reaction.
  • HTR high-temperature reactor
  • AVR working group experimental reactor located in Julich, Germany, which had a thermal output of 46 MW, was designed for a helium outlet temperature of 850 ° C, but was experimentally driven up to 1000 ° C
  • THTR Thorium high-temperature reactor; heat output 750 MW located in Uentrop, Germany
  • MODUL-HTR a developed in Germany modular globular reactor concept with a thermal output of 200 MW
  • a characteristic of the pebble bed reactor is that new spherical fuel elements are introduced into its core during operation and, if necessary, old ones can be withdrawn from it.
  • Rods are usually used in the shutdown and control systems in which the absorbent material is enclosed in metallic tubes. If the ball cluster core is designed accordingly, it is sufficient to insert such a rod into the rod openings provided for this purpose in the side reflectors. In addition, it is only possible for shutdown purposes to enclose the absorber in small balls instead of rods, as was the case with the second shutdown system of the MODUL-HTR concept. Such balls have become known as "small absorber balls" (KLAKs). These KLAKs consist of graphite balls that contain boron or boron carbide. The KLAKs are introduced into vertical so-called KLAK openings or bores.
  • KLAKs are less sensitive to temperature than metallic rods. 2.although rods can be introduced from below as well as from above and, in the case of a short rod, m different positions can be introduced, KLAKs collect by gravitation at the lower end of each KLAK channel and have to be filled in by gravitation to reach higher levels or from there subtracted below to reduce absorption levels.
  • absorber materials have so far been used primarily in the form of the aforementioned rod in order to influence the performance profile and in particular the heat output profile in the desired manner in a controlled manner, usually in order to smooth such a profile.
  • the concentration of spent fuel increases downwards. Accordingly, the maximum power is usually in the upper half of the core. The course of this maximum power m in the upper half and thus also the resulting profile or the production of fast neutrons can be smoothed if the part of the absorber body of the control system that is used for power control under normal operating conditions near this position has maximum effect the top half.
  • the conventional control rods were each in the form of a rod, around which annular control bodies made of neutron-absorbing material such as boron carbide, hafnium carbide or the like were arranged.
  • annular control bodies made of neutron-absorbing material such as boron carbide, hafnium carbide or the like were arranged.
  • boron carbide is stable at temperatures up to at least 1600 ° C
  • the metal of the inner rod loses its required tensile strength at temperatures above 650 ° C. This causes problems because, for very good reasons, it was customary to arrange this metal rod in a hanging manner in order to be able to lower it by gravitation in the core area and thus to slow down the chain reaction by increasing the neutron absorption and optionally to stop it entirely.
  • the neutron flow is highest in the upper areas of the reactor core because fresh fuel balls are conventionally introduced into the reactor from above, while all or part of the spent or spent fuel balls are withdrawn from the lower area. Accordingly, the level of the neutron flux in the reactor core decreases from top to bottom. Hence it is suggests that a control system is advantageous that primarily reaches the core area from above.
  • temperatures of around 900 ° C have become the norm during normal operation, and in the event of malfunctions, the temperatures of the absorber bodies can rise to over 1200 ° C, which far exceeds the tolerance limits of the metal rod.
  • the present invention provides a nuclear reactor which includes a system or systems of regulators for power and cut-off control based on neutron absorption with the aid of movable neutron absorber bodies, the regulator system (s) being a duct system with a duct or an arrangement of bores, which are loaded or can be loaded with a sequence of gravity-absorbing absorber bodies to adjustable levels, the absorber bodies having cross-sectional dimensions which essentially correspond to the cross-sectional dimensions of the bores in sliding relation with sufficient play for easy sliding, and the absorber bodies downwards a be supported by at least one level-determining support.
  • the regulator system being a duct system with a duct or an arrangement of bores, which are loaded or can be loaded with a sequence of gravity-absorbing absorber bodies to adjustable levels
  • the absorber bodies having cross-sectional dimensions which essentially correspond to the cross-sectional dimensions of the bores in sliding relation with sufficient play for easy sliding, and the absorber bodies downwards a be supported by at least one level-determining support.
  • each channel preferably contains a multiplicity of said flowers.
  • the bladder bodies can absorb different neutrons, more precisely in such a way that they can
  • one or more of the bodies may have neutron reflecting properties, for example by enclosing or facing a neutron reflecting material.
  • a plundering member serves as a support that determines the level.
  • the plunger member includes a piston or is piston-shaped.
  • the distance that the blmd cores travel between the neutron absorber bodies and the plunger member or another level-determining support is preferably such that the piston is in all of its operating positions below the lowest level of the reactor core, ie in an area where the radiation, especially the neutron flux, is minimal or non-existent.
  • the piston is preferably loaded by suitable operating means outside the pressure vessel of the reactor. does (ie raised or lowered).
  • Such operating means can be mechanical, pneumatic, hydraulic or electromagnetic or a combination of two or more of these options.
  • the piston or plunger member can be made of a suitable material such as graphite, ceramic, e.g. Aluminum oxide or beryllium oxide, or a suitable metal such as furnace steel.
  • the fact that the absorber bodies move under the force of gravity until they are stopped by the plunger member or other level-determining support can be used to protect the absorber bodies in the event of a malfunction of the reactor due to, for example, a power failure by automatically releasing the normally on the plunger member or another holding force applied to the level-determining support automatically to its switch-off positions (ie where maximum neutron flux is present). This can be done in a conventional manner by automatically releasing a level-retaining force in its raised position, for example by releasing an electromagnetic clutch or holding device.
  • the dummy bodies can be made of a non-absorbing or weakly neutron absorbing material with mechanical, thermal or other properties suitable for the purpose.
  • the materials used could be the same or similar to those described above for the piston or plunger, but are preferably not metallic. Both the absorber body and the dummy body are to be shaped and dimensioned so that they slide freely without getting stuck in the holes.
  • the shape of the absorber bodies and dummy bodies can vary from spherical to ellipsoidal or barrel-shaped to cylindrical with chamfered or rounded edges.
  • elongated bodies of the latter shapes are preferably introduced lengthways into their respective bores.
  • the radii of curvature of any bends or curvatures in the bores limit the axial length of the body, which in practice can vary, for example, from 1 to 5 times, preferably from 1 to 3 times, better still from one to two times the channel diameter.
  • Such deviations from the straightness of a channel can advantageously be used to determine the proximity of the neutron absorber body to the reactor core and thereby the Vary the neutron absorbing effect of the neutron absorber bodies on different core levels.
  • An arrangement of holes can be used, whereby different holes can have different curvatures in relation to the core.
  • Some bores can also be straight, that is to say a constant distance from the reactor core, while some other bores can be curved in order to increasingly guide the absorber bodies at different levels of the reactor core to or from it. This principle is similar to that of our copending application 98/0128.
  • the holes can have a uniform round cross-section over their entire length.
  • such a channel with an elongated cross section can receive a gradual axial twist up to one area with normally reduced core activity, the direction of the cross-sectional elongation points radially to the core axis.
  • the invention it is possible to use the invention to maximize the neutron flux exposure of the absorber and / or body in areas of high core activity by using holes for these bodies in these areas, some of which are to the core area hm are open.
  • partially open we mean the presence of open areas in the form of a slot or a series of slots or openings which are aligned parallel to the reactor core axis and are dimensioned in such a way that the absorber and / or bubble bodies are held in the channel, and in particular also dimensioned so that the fuel balls cannot get into the channel in the case of a pebble bed reactor.
  • the operating or drive means for the plunger member is preferably outside the pressure vessel of the reactor. Accordingly, maintenance work on this agent can be done without difficulty be performed.
  • the operating or drive means can be connected to the plunger member via a connecting rod or the like, only a small passage through the wall of the pressure vessel including suitable sealing means being necessary. It is obvious not to exclude operating or drive means within the pressure vessel from the scope of the invention.
  • the invention is preferably applied to reactors of the high temperature reactor (HTR) type and in particular to reactors which are designed by introducing fresh nuclear fuel with or without recirculated partially burned fuel at one end and withdrawing spent fuel with or without partially burned fuel to be operated at an opposite end, and in which the absorber bodies are held in an arrangement which is suitable for effecting maximum neutron absorption in a region immediately at or near a part of the reactor core where the fuel passing through the reactor maximum or achieves nearly maximum performance, and cause decreasing or zero neutron absorption in areas immediately at or near parts of the reactor core where fuel activity is already reduced.
  • a preferred embodiment is the spherical fuel bulk or spherical pile type.
  • the level (m relation to the reactor core) at which a change from the maximum absorption effect to a less absorbing or zero absorption effect should take place depends on depending on how fuel is supplied to the reactor.
  • the arrangement is intended to provide maximum or near maximum absorption in an area immediately at or near the top half of the reactor core and reduced or zero absorption in an area where the performance of the non-poisoned core is approximately one-half to one-third of that Area with maximum power. More specifically, the area with reduced or zero absorption effect begins at a level not less than 1/10 of the total core height above the bottom reflector area of the reactor.
  • the range of maximum core performance is usually between 50% and 70% of the total core height, and the portion of the assembly with maximum absorption effect does not extend down to a level 30% of the total core height above the bottom reflector area of the reactor.
  • the range of maximum power of the core is at a level between 66% and 75% of the total core height
  • the range of arrangement with maximum absorption effect not down to a level 40% of the total core height extends over the bottom reflector area of the reactor. More specifically, the area of the arrangement with the maximum absorption effect extends down to a level not below 50% of the total reactor height above the bottom reflector area of the reactor.
  • the invention is of particular use when the energy output is used directly for the operation of helium turbines or turbines with other gaseous media, in which high starting temperatures are required.
  • a method for regulating the power of a nuclear reactor by absorbing neutrons with the aid of neutron-absorbing bodies which includes the following steps:
  • Bores comprise, with a consequence of gravity, neutron absorber bodies located in a slant with cross-sectional dimensions corresponding to the cross-section of the channel (s) of such a channel system with sufficient play for free
  • the invention further extends to a reflector for a nuclear reactor, wherein a channel system with a Channel or an arrangement of holes for receiving a column of stacked neutron absorber bodies is formed and the cross section of the channel (s) (holes) essentially the cross section of the body intended for receiving in this channel with enough play for free sliding movement of the Corresponds to the body in the channel (s).
  • Reactor according to the invention are suitable. That's how she looks
  • Body cross sections that are essentially the
  • Cross sections correspond to the holes that they take up during use, with enough play for free sliding movement in the holes.
  • These absorber bodies preferably differ significantly in their size from KLAKs, which are state of the art.
  • Their lengths measured in the axial longitudinal direction of the bores are preferably in the range of 40 mm to 400 mm, better still 50 mm to 220 mm, especially
  • the cross-sectional dimensions of the absorber and bubble bodies depend on whether the bores are cylindrical or elongated or have a different shape. If the bodies are spherical, the areas described above apply to the diameters, with diameters near the lower limits being preferred. If the bores are cylindrical, the bodies have a cross section corresponding to the cross section of the channel with one play.
  • the shape of the body in the axial direction can be spherical, ellipsoidal or barrel-shaped to cylindrical with rounded or chamfered ends. If, for example, the specific surface areas of the body are to be enlarged for increased absorbency, suitable surface-enlarging surface configurations can be applied to the basic form described above, e.g. Wave pattern with alternating raised and lowered areas.
  • the shorter dimension can be in the range from, for example, 20 mm to 100 mm, preferably 30 mm to 80 mm, for example 60 mm, and the longer dimension can be in the range from 100 to 300 mm, preferably 150 to 280 mm, e.g. 260 mm.
  • the short sides can have a rounded, for example semi-cylindrical shape.
  • the absorber bodies can have a non-absorbent or weakly absorbent core e.g. made of graphite or a refractory ceramic material which (at least m areas which face the reactor core in use) is coated or clad with a strongly neutron absorbing material such as boron carbide or hafnium carbide.
  • a non-absorbent or weakly absorbent core e.g. made of graphite or a refractory ceramic material which (at least m areas which face the reactor core in use) is coated or clad with a strongly neutron absorbing material such as boron carbide or hafnium carbide.
  • the dummy bodies as described above are also considered part of the invention and preferably have the same dimensions (or at least the same cross-sectional dimensions) as the neutron absorber bodies.
  • the body can be coated or covered with a neutron reflecting material such as a special quality graphite.
  • graphite stones or blocks are provided which are assembled to form a reactor reflector and in which the bores for the neutron absorber bodies with the new characteristic features as stated above can be formed, in particular bores which, as described above, are open to the reactor core are.
  • the graphite stones or blocks are therefore shaped, dimensioned and designed so that they can be assembled into a reflector as described above.
  • the dosage of fast neutrons hitting the inner periphery of the reflector can increase to values above 1.5 x 10 22 cm -2 (EDN).
  • a side wall reflector with a continuous smooth surface can also fail before it has reached the designed life expectancy of around 30 years. This is caused by the radiation-related volume changes of the graphite, which take place in two phases. In the first phase, neutron radiation leads to an unproblematic volume contraction. During the second phase, the volume increases again, possibly exceeding the original dimensions and leading to stress loads that damage the reflector.
  • the inward-facing surface of the reflector and the corresponding surfaces of the graphite stones or blocks according to the invention are preferably grooved in a manner which is known to naturally compensate for such dimensional changes that the graphite becomes more intensive after a long period of time Experience neutron radiation.
  • FIGS. 2 and 3 schematically show vertical sections through parts of bores to be used in a nuclear reactor according to the invention, which can be charged with a sequence of absorber bodies falling through gravity, the sections running in the radial direction to the reactor core axis;
  • Figure 4 schematically shows a three-dimensional rear sectional view of part of a reflector of a nuclear reactor according to the invention with three straight cylindrical bores vertically in the reflector behind its interface to the core;
  • FIG. 5 schematically shows a three-dimensional sectional view of a part of a reflector of a nuclear reactor according to the invention, in which three twisting bores with a generally elongated cross section are aligned vertically in the reflector behind its interface to the reactor core;
  • Figure 6 schematically shows a part of a reflector of a nuclear reactor according to the invention, in which three vertical bores are formed, the developments of Figure 4 are shown, each channel to the core region of the reactor h being partially open
  • Figure 7 schematically shows an enlarged partial view of part of one of the holes shown in Figure 6;
  • Figures 8, 9, 10 and 12 show schematic side views of neutron absorber bodies with a round cross section for use in bores with roughly corresponding round cross sections;
  • Figures 11 and 13 show a section at XI - XI in Figure 10 and an end view of the body in Figure 12 at XII - XII;
  • Figures 14, 15, 16 and 18 show schematic side views of neutron absorber bodies with a generally elongated cross section for use in bores with an approximately corresponding elongated cross section;
  • Figures 17 and 19 show a section at XVII - XVII in Figure 16 and an end view of the body in Figure 18 at XIX - XIX;
  • Figure 20 schematically shows a cross section of a dummy body with a core and a reflective graphite coating
  • FIG. 21 schematically shows a transverse cross section of part of a reflector for a core reactor, the section also running through an absorber body which is accommodated in a channel formed in the reflector and through a fuel element in the reactor core;
  • Figure 22 schematically shows a vertical section through a lower part (identified as XXII) of the reactor shown in Figure 1;
  • Figures 23 and 24 schematically show a vertical partial section through a section of a channel with blmd bodies and absorber bodies, two separate configurations which are determined by two separate operating positions of a plunger member which acts on the body from the lower end of the channel.
  • reference numeral 30 generally designates a MODUL-HTR type pebble (spherical fuel) HTR reactor modified and developed for use in accordance with the present invention.
  • the reactor 30 closes a reactor core 32 em filled with poured fuel up to a conical upper level 34.
  • the reference number 36 denotes a reflector made of high-purity graphite in the area of its inner surface and made of graphite of lower quality in its outer area.
  • the core 32 and the reflector 36 are enclosed by a reactor vessel or pressure vessel 38 m in connection with a connecting pipe 40 for supplying cooling gas such as helium to the core 32.
  • Reference numeral 42 generally designates a fuel outlet and reference numeral 44 a fuel outlet controlled by an outlet regulator 46.
  • a lower region of the reflector is designated by the reference number 48.
  • the reactor 30 closes a control system for regulating or switching off the reactor power, the system in turn comprising a system of bores 50.
  • the bores are accommodated in different positions in the entire body of the reflector 36 and form an arrangement of bores.
  • the holes are loaded to adjustable levels with a sequence of gravitationally incident neutron absorber bodies 52, 54 (and possibly blind bodies 56) whose cross-sectional dimensions correspond to those of the holes 50 and which are in sliding relationship with the holes and have enough play for easy sliding .
  • the bodies 52, 54, 56 are held in the downward direction by level-determining supports in the form of plunger members 58, each of which has a piston 59 which presses into the body.
  • the degree of neutron absorption achieved by the holes when charging with neutron absorber cores depends on the near or distant distance of the channel to the core at a certain level and on the width of the aspect that the channel has on the core certain level. As generally described above, there are a number of core levels that in turn delimit levels of the channel at which certain levels of control functions must be performed under certain operating conditions. The levels vary with the type of reactor operation.
  • the holes are designed for maximum absorption effect, whereas near the areas of the core where there is reduced or no neutron flow, the holes are configured for reduced absorption effect.
  • the arrangement of holes is intended to produce a maximum or near maximum absorption effect in an area immediately at or near the upper half (designated by reference number 60) of the reactor core. The absorption effect decreases or becomes zero at a corresponding level in the lower part of the reactor core below the area designated by reference number 60.
  • the reference number 62 designates a region of the reactor core between 50% and 70% of the total core height, in which the maximum neutron flux is present and therefore maximum absorption effects are required.
  • the reference numeral 64 denotes a level of 30% of the core height above the bottom reflector area 48. The area with maximum absorption effect usually extends to a level not below 30% of the core height level 6. If the reactor is operated with one-way charging (OTTO), the maximum power range of the Kernes usually from a level between 66% and 75% of the total core height (denoted by reference number 66) to a lower level somewhere above 40% (denoted by reference number 68) of the core height.
  • OTTO one-way charging
  • the reactor is repeatedly reloaded with fuel
  • the fuel bodies e.g. fuel balls or fuel elements
  • their degree of consumption is determined. In this way, they can be recycled up to twenty times before they are replaced by new fuel bodies.
  • the range of maximum power of the core is generally between a level in the range of 2/3 of the reactor core height (lower end of region 66) and half the reactor height (lower end of region 60).
  • Reference numeral 70 denotes a level at 1/10 of the
  • the bores of the invention can have various configurations along their length.
  • FIG. 3 With reference to FIG. 3, one can see a configuration of a channel 50 in which an increase in the absorption tion effect in the downward direction is brought about by a beveling of the channel downwards against the core 32.
  • the channel 50 then returns to a vertical orientation.
  • the curvatures 72 along the length of the oblique channel are rounded in order to facilitate the sliding of absorber and dummy bodies in the channel, and the radii of curvature of the curvatures are designed so that the bodies with respect to a long distance of the absorber and dummy bodies likely to be used in the channel can freely overcome the curvatures.
  • the bores 50 shown in FIGS. 2, 3 and 4 have a round cross section for the use of absorber and dummy cores 52, 56 with a corresponding round cross section.
  • bores 50 with a generally elongated cross section are formed in the body of the reflector 36. When in use, these bores receive corresponding absorber bodies 54 and dummy bodies with an elongated cross section as a rule. The bodies are slidably accommodated in the channel in the longitudinal direction in succession and abutting each other.
  • the bores 50 have a gradual axial twist ranging from a configuration with the direction of cross-section elongation of the channel perpendicular to the core axis (top of the figure) to a configuration with the direction of cross-section elongation radial to the core axis (bottom of the Figure) is sufficient.
  • This axial rotation has a corresponding effect on the absorption capacity achieved by the channel and its associated absorber bodies.
  • the absorption capacity is higher where the elongation direction is perpendicular to the core axis (tangential to the core).
  • Such a configuration is useful near parts of the core where maximum neutron flux occurs during normal operation.
  • the channel has an aspect of reduced area to the core where the elongation direction of the channel is radial to the core axis.
  • Such a configuration is expedient in a region of the nucleus with normally reduced neutron flux activity.
  • deviations from the straightness of the channel can be superimposed on the axial twist in order to increase or change the absorption properties of the channel.
  • a single longitudinal slot 74 is formed along part of the length of each channel 50.
  • the slot is aligned parallel to the reactor core axis and extends rearward from the core area through the channel 50, as can be seen in particular from FIG. 7.
  • Two opposite graphite stones or blocks 76 are shaped and dimensioned such that they form part of the slot 74 and the channel 50 between them.
  • the slot 74 is shaped and dimensioned in such a way that absorber and / or blind bodies 52 are held in the channel, and in particular in such a way that fuel balls 78 (in the case of a pebble bed reactor) cannot get into the channel.
  • the stones or blocks 76 shown in FIGS. 6, 7 and 21 form a slot which runs over the entire vertical length of the stones or blocks.
  • graphite stones or blocks forming the reflector can each have a discrete slot, so that a vertical stack of the stones or blocks form a series of discrete, successively arranged slots with an opening to a specific channel 50.
  • the surfaces 77 of the stones or blocks 76 facing the core are grooved in order to compensate for the dimensional changes of the graphite after prolonged intensive neutron irradiation.
  • Figures 8 to 13 a spectrum of shapes of neutron absorber bodies 52 with a round cross section is shown.
  • the shapes are part of a continuum of shapes ranging from spherical (Figure 8) to barrel-shaped ( Figure 9) and ellipsoidal ( Figures 10 and 11) to cylindrical with fastened or rounded edges ( Figures 12 and 13).
  • the diameters of the absorber bodies 52 are selected such that they correspond to the diameters of the bores in which they are to be accommodated enough play for free sliding of the body in the holes under the influence of gravity.
  • the absorber bodies 52 have a non-absorbent or weakly absorbent core, typically made of graphite or a refractory ceramic material, which is coated or clad with a shell made of highly neutron-absorbing substances such as boron carbide or hafnium carbide. In some embodiments of absorber bodies, only the parts of the bodies which face the reactor core in use are coated with such a shell.
  • absorber bodies 54 with generally elongate cross sections are now shown.
  • the shorter cross-sectional dimension varies from 20 mm to 100 mm, preferably 30 mm to 80 mm (eg 60 mm) and the longer dimension can range from 100 to 300 mm, preferably 150 mm to 280 mm (eg 260 mm).
  • the short sides of the cross section have a rounded configuration, so that in particular in the absorber body shown in FIG. 18 axially running edges of the body correspond to the short sides of the cross section with a semi-cylindrical configuration.
  • the absorber bodies 54 have a composite structure similar to that of the body 52 and comprise a weakly absorbent core and a shell made of highly neutron absorbing substances.
  • neutron absorber bodies for increased absorption capacity, surface configurations increasing the surface area (eg wave patterns with alternately raised and deepened areas) are applied to the basic shapes of the body.
  • the lengths of the bodies 52, 54 measured in the axial longitudinal direction (x in FIG. 12) of the bores are preferably in the range from 40 to 400 mm, better still 50 to 220 mm and most preferably from 60 to 150 mm.
  • the axial length of the body in various embodiments varies from 1 to 5 times, typically 1 to 3 times and preferably 1 to 2 times the bore diameter.
  • reference numeral 56 generally designates a dummy body.
  • the body shown in Figure 20 has a round cross section.
  • dummy bodies can be provided in any of the forms of the neutron absorber bodies 52, 54 (e.g. as shown in Figures 8 to 19).
  • the dummy bodies have the same cross-sectional dimensions as the neutron absorber bodies with which they are to be used, but can differ in length from the absorber bodies.
  • Each dummy body 56 comprises an inner core 80 which is covered or clad with a shell 82 made of neutron reflecting material such as high-quality special graphite.
  • the body 56 has different neutrons capable of absorption and is arranged in the bores 50 such that the neutron absorption capacity of the blind bodies decreases in the downward direction.
  • Figures 22 to 24 in which the operation of the plunger 58 (including the piston 59) is shown.
  • the plunger member 58 acts as a level-determining support on which the neutron absorber bodies 52 and dummy bodies 56 rest.
  • the distance occupied by the dummy cores 56 between the piston 59 and the neutron absorber body 52 is selected such that the plunger member 58 and the piston 59 are always below a minimum level 84 of the core reactor core, ie in an area in which the radiation, in particular the neutron flux is minimal or non-existent.
  • the piston is actuated (ie raised or lowered) by a hydraulic operating means 86.
  • the operating means can be mechanical, pneumatic, electromagnetic or a combination of two or more of these options.
  • the operating means 86 is located outside the pressure vessel 38 of the reactor for easier maintenance.
  • the operating means 86 is connected to the plunger member 58 via a connecting rod 88 (FIG. 22), the connecting rod being guided through a small opening 90 in the wall of the pressure vessel 38, which is sealed with a suitable sealant 92.
  • the operating or drive means for the plunger member is located within the pressure vessel 38 of the reactor.
  • the neutron absorbing bodies 52 and the dummy bodies 56 move under the force of gravity unless they are retained by the plunger member 58.
  • the reactor is switched off by automatically lowering the absorber bodies 52 into their switch-off positions (for maximum absorption capacity, where maximum neutron flux prevails).
  • the automatic lowering of the absorber body can take place by automatically releasing a holding force which is normally applied to the plunger member 58.
  • this holding force is provided by an electromagnetic clutch or holding device 94, which is released in the event of a power failure.
  • Figure 24 shows the neutron absorber bodies 52 in their switch-off positions, with the piston 59 at the lower end of the channel 50.
  • the neutron absorber bodies 52 are in a control position which can be changed vertically for control purposes by raising or lowering the piston 59.
  • an arrangement of bores 50 can be used in which different bores are different in relation to the core 32.
  • Some holes can also be designed for operation with a batch of KLAKs or similar free-flowing absorber bodies, such as absorber balls with diameters, preferably not more than 1/6 of the smallest duct diameter.
  • bores that contain both the neutron absorber bodies 52, 54 and blind bodies 56 and separate rate drilling with KLAKs are combined into a single control system for one reactor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Methode und ein Kontrollsystem zur Regelung und optionalen Abschaltung der Leistung eines Kernreaktors. Das Kontrollsystem umfasst Regelsysteme, die auf Basis der Neutronenabsorption arbeiten, und welche bewegliche Neutronenabsorptionskörper einsetzen. Ein System von Bohrungen/Kanälen kann dabei schwerkraftbedingt bis zu einem entsprechenden Level mit Neutronenabsorptionskörper gefüllt werden.

Description

B e s c h r e i b u n g
Reaktorsystem und Steuerungsverfahren und Mittel
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Steuerungssystem zum Regeln und wahlweisen Abschalten der Leistung eines Kernreaktors, auf einen Kernreaktor einschließlich eines solchen Systems und auf einen Neutronenabsorptionskorper zum derartigen Regeln und wahlweisen Abschalten der Leistung eines Kernreaktors .
Heutige Kernspaltungsreaktoren umfassen einen Reaktor- kern, der die Kernbrennstoffelemente enthalt. Die Kernbrennstoffelemente umfassen den Kernbrennstoff (Uran-, Thorium- und/oder Plutoniumisotope) sowie einen Moderator. Die Kernspaltung setzt schnelle Neutronen frei, die durch den Moderator abgebremst werden, um ein Ener- giemveau zu erreichen, das geeignet ist, einen weiteren Brennstoffkern zur Spaltung zu veranlassen. Dies fuhrt wiederum zur Freisetzung von schnellen Neutronen und Warme, die zur Energieerzeugung genutzt wird.
Es ist heute allgemein üblich, für Kernreaktoren mindestens zwei unabhängige Abschaltsysteme zu verwenden. Sie dienen dazu, die nukleare Kettenreaktion zu beenden. Mindestens eines dieser Systeme kann darüber hinaus zur Regelung des Betriebs, d.h. der Leistung und des Leistungsprofils des Reaktors benutzt werden. Die Abschaltsysteme arbeiten herkommlicherweise durch Ein- bringen von Neutronen absorbierenden Materialien in den Kern oder seine Umgebung (z.B. den umgebenden Reflektor) . Die Menge solcher einzubringender Absorber muss ausreichend sein, um einen hinreichend schnellen Regel- und ggf. hinreichenden Abschalteffekt zu gewährleisten, z.B. m allen Betriebs- und Storfallsituationen bei einem Temperaturwechsel und/oder nach einem Zerfall von Xe135.
Falls ein Abschaltsystem auch zum Regeln benutzt wird, werden diese Absorber im Normalbetrieb nicht ganz aus ihren effektiven Positionen herausgefahren, so dass bei weiterem Ausfahren die Reaktivität erhöht werden kann, d.h. die Spaltrate kann erhöht werden. Eine Abschalt- funktion wird erreicht durch Bewegen weiterer Absorber in effektive Positionen, wodurch die Kettenreaktion angehalten wird.
Der sogenannte Hochtemperaturreaktor (HTR) hat in ηun- gerer Zeit an Bedeutung gewonnen. Sein Name ergibt sich aus der Tatsache, dass er auf Grund seiner Graphitbauweise m der Lage ist, Warme mit hohen Temperaturen zu erzeugen. Ein Sondertyp des HTR ist der Kugelschut- tungs- oder Kugelhaufenreaktor. Dieser hat eine Reihe fortschreitender Entwicklungsstufen durchlaufen, die als AVR (Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor mit Standort in Julich, Deutschland, der eine Wärmeleistung von 46 MW hatte, für eine Heliumausgangstemperatur von 850 °C ausgelegt war, aber experimentell bis 1000 °C oetrieben wurde) ; THTR (Thorium-Hochtemperaturreaktor; Wärmeleistung 750 MW mit Standort m Uentrop, Deutschland) ; bzw. MODUL-HTR (ein m Deutschland entwickeltes modulares Kugelhaufenreaktorkonzept mit einer Wärmeleistung von 200 MW) bekannt sind. Ein Merkmal des Kugelhaufenreaktors besteht darin, dass wahrend seines Betriebs neue kugelförmige Brennelemente m seinen Kern eingebracht werden und nötigenfalls, alte aus ihm abgezogen werden können. Diese Merkmale ermöglichen eine Entlastung des Regelsystem von seiner Aufgabe, den Verbrauch an Kernbrennstoff durch den Abzug von Absorbermaterial zu kompensieren. In diesen Systemen uss das Regelsystem lediglich Reaktivitatsschwankungen infolge Temperaturwechsel, sich ändernder Xe135-Kon- zentration und ahnlicher geringfügigerer Effekte ausgleichen.
Gewohnlich werden in den Abschalt- und Regelsystemen Stabe verwendet, bei denen das absorbierende Material in metallischen Rohren eingeschlossen ist. Wenn der Kugelhaufenkern entsprechend konstruiert ist, genügt es, solche Stabe in hierfür vorgesehene Staboffnungen in den Seitenreflektoren einzufahren. Außerdem ist es nur für Abschaltzwecke auch möglich, den Absorber in kleine Kugeln anstatt in Stabe einzuschließen, wie dies beim zweiten Abschaltsystem des MODUL-HTR-Konzepts geschehen ist. Solche Kugeln sind als "Kleine Absorber- Kugelchen" (KLAKs) bekannt geworden. Diese KLAKs bestehen aus Graphitkugeln, die Bor oder Borkarbid enthalten. Die KLAKs werden in vertikale sogenannte KLAK-Offnungen oder -Bohrungen eingebracht. Zum Entfernen der KLAKs aus ihren effektiven Positionen werden diese ublicnerweise durch Gravitation am unteren Ende solcher KLAK-Offnungen oder -Bohrungen abgezogen. Sie werden dann pneumatisch in die Aufgabebehalter der KLAK-Bohrungen zuruckgeleitet . Die wichtigsten Unterschiede m den Merkmalen zwischen Stäben und KLAKs sind:
1. KLAKs sind weniger temperaturempfindlich als metallische Stabe. 2. Wahrend Stabe sowohl von unten als auch von oben und bei Ausfuhrung als Kurzstabe auch m verschiedene Positionen eingebracht werden können, sammeln sich KLAKs durch Gravitation am unteren Ende eines ηeden KLAK-Kanals und müssen zum Erreichen höherer Pegel durch Gravitation aufgefüllt oder von dort nach unten abgezogen werden, um die Absorptionspegel zu verringern.
In vielen Reaktoren werden Absorbermateπalien bisher vornehmlich in Form der vorgenannten Stabe eingesetzt, um das Leistungsprofll und insbesondere das Warmeleis- tungsprofil m gewünschter Weise kontrolliert zu beem- flussen, gewohnlich um ein solches Profil zu glatten. Dies geschieht auch im HTR hauptsachlich zur Vermeidung hoher örtlicher Bestrahlungsbelastungen im Graphitre- flektor. In einem Kugelschuttungs-HTR erhöht sich die Konzentration abgebrannten Brennstoffs nach unten. Dementsprechend befindet sich das Leistungsmaximum gewohnlich in der oberen Hälfte des Kerns. Der Verlauf dieses Leistungsmaximums m der oberen Hälfte und damit auch das entstehende Profil bzw. die Produktion schneller Neutronen kann geglättet werden, wenn sich der Teil der Absorberkorper des Regelsystems, der zur Leistungsregelung benutzt wird, unter normalen Betriebsbedingungen in der Nahe dieser Position maximaler Wirkung in der oberen Hälfte befindet. Ein Ausfahren aus dieser Position maximaler Wirkung setzt Reaktivität frei, wahrend das Einbringen von mehr Absorbermaterial diese Aktivität verringert und schließlich zu einer Abschal- tung fuhrt. Um dieses Merkmal des Regelsystems voll nutzen zu können, aber auch um die Kosten solcher Steuerungsvorgange zu minimieren, ist das Regelsystem im Allgemeinen für den Betrieb mit Stäben ausgelegt. KLAKs sind bisher nur für das zweite Abschaltsystem verwendet worden, d.h. nur zum vollständigen Abschalten.
Die konventionellen Steuerstabe hatten bisher jeweils die Form eines Stabes, um den herum ringförmige Steuer- korper aus Neutronen absorbierendem Material wie Bor- karbid, Hafniumkarbid oder ahnlichem angeordnet waren. Während Borkarbid beispielsweise bei Temperaturen bis zu mindestens 1600 °C stabil ist, verliert das Metall des Innenstabes seine erforderliche Zugfestigkeit bei Temperaturen über 650 °C. Dies verursacht Probleme, denn aus sehr guten Gründen war es üblich, diese Metallstabe oben hangend anzuordnen, um sie durch Gravitation m den Kernbereich absenken zu können und so durch Erhohen der Neutronenabsorption die Kettenreaktion abzubremsen und wahlweise ganz anzuhalten. In kon- ventionellen Kugelhaufenreaktoren ist der Neutronen- fluss in den oberen Bereichen des Reaktorkerns am höchsten, weil frische Brennelementkugeln konventionell von oben in den Reaktor eingebracht werden, wahrend ganz oder teilweise verbrauchte oder abgebrannte Brenn- stoffkugeln aus dem unteren Bereich abgezogen werden. Dementsprechend nimmt der Pegel des Neutronenflusses im Reaktorkern von oben nach unten ab. Daher liegt es nahe, dass ein Regelsystem von Vorteil ist, das vorrangig von oben in den Kernbereich gelangt. Bei modernen Kugelhaufenreaktoren sind Temperaturen von etwa 900 °C bei Normalbetrieb die Regel geworden und im Falle von Betriebsstörungen können die Temperaturen der Absorber- korper auf über 1200 °C ansteigen, was die Toleranzgrenzen der Metallstabe bei weitem übersteigt.
Es wurde daher eine Notwendigkeit für eine Alternative zu konventionellen Absorberstaben in Regel- und Abschaltsystemen gesehen, welche die Probleme der Warme- empfmdlichkeit herkömmlicher Stabe ohne Verlust an Re- gelfahigkeit und Schutz des Reflektors gegen Strahlen- uberbelastung überwinden oder mindern wurde.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Kernreaktor vor, der ein System oder Systeme von Reglern zur Leistungs- und Abschaltregelung auf der Basis von Neutronenabsorption mit Hilfe beweglicher Neutronenabsorberkorper em- schließt, wobei das (die) Reglersystem (e) ein Kanalsystem mit einem Kanal oder einer Anordnung von Bohrungen einschließt, die mit einer Folge von durch Schwerkraft einfallenden Absorberkorpern auf einstellbare Niveaus beladen werden oder beladbar sind, wobei die Absorber- korper Querschnittsabmessungen haben, die im wesentlichen den Querschnittsabmessungen der Bohrungen in Gleitbeziehung mit genügend Spiel für leichtes Gleiten entsprechen, und die Absorberkorper nach unten αurch mindestens ein Niveau bestimmendes Auflager abgestutzt werden. Vorzugsweise sind zwischen den das Niveau bestimmenden Auflagern und den Absorberkorpern ein oder mehrere ebenfalls gleitfahige Blmdkorper m Längsrichtung des Kanals untergebracht, wobei besagte Blmdkorper im Ver- gleich zum Neutronenabsorptionsvermogen der Absorber- korper kein oder ein verringertes Neutronenabsorptionsvermogen haben. Vorzugsweise enthalt ηeder Kanal eine Vielzahl besagter Blmdkorper.
Die Blmdkorper können unterschiedlich Neutronen ab- sorptionsfahig sein, genauer gesagt so, dass sich das
Neutronenabsorptionsvermogen von Blmdkorpern nach unten verringert.
Wahlweise können ein oder mehrere der Blmdkorper Neutronen reflektierende Eigenschaften haben, beispielsweise indem sie einem Neutronen reflektierenden Material eingeschlossen oder diesem zugewandt sind.
Gemäß einer besonderen Ausfuhrungsform dient ein Plun- gerglied als Niveau bestimmendes Auflager. Typischerweise schließt das Plungerglied einen Kolben ein oder ist kolbenförmig. Die Strecke, die von den Blmdkorpern zwischen den Neutronenabsorberkorpern und dem Plun- gerglied oder einem anderen das Niveau bestimmenden Auflager zurückgelegt wird, ist vorzugsweise so, dass sich der Kolben in allen seinen Betriebspositionen unter dem niedrigsten Niveau des Reaktorkerns befindet, d.h. in einem Bereich, wo die Strahlung, insbesondere der Neutronenfluss minimal oder nicht vorhanden ist. Vorzugsweise wird der Kolben durch geeignete Bedienungsmittel außerhalb des Druckgefaßes des Reaktors be- tätigt (d.h. angehoben bzw. abgesenkt). Solche Bedienungsmittel können mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch oder eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Möglichkeiten sein.
Der Kolben bzw. das Plungerglied kann aus einem für den Zweck geeigneten Material wie Graphit, Keramik, z.B. Aluminiumoxid oder Berylliumoxid, oder einem geeigneten Metall wie Ofenstahl sein.
Die Tatsache, dass sich die Absorberkörper unter Schwerkraft bewegen, bis sie durch das Plungerglied oder ein anderes Niveau bestimmendes Auflager gestoppt werden, kann dazu benutzt werden, die Absorberkörper im Falle einer Betriebsstörung des Reaktors beispielsweise infolge Stromausfall durch automatische Freigabe der normalerweise an dem Plungerglied oder einem anderen das Niveau bestimmenden Auflager anliegenden Haltekraft automatisch in ihre Abschaltpositionen (d.h. wo maxima- 1er Neutronenfluss vorliegt) abzusenken. Dies kann auf herkömmliche Weise durch automatische Freigabe einer das Niveau bestimmende Auflager in seiner angehobenen Position haltenden Kraft erfolgen, beispielsweise durch Freigabe einer elektromagnetischen Kupplung oder Halte- Vorrichtung.
Die Blindkörper können aus einem nicht oder schwach Neutronen absorbierenden Material mit für den Zweck geeigneten mechanischen, thermischen oder sonstigen Eigenschaften sein. Die verwendeten Werkstoffe könnten dieselben oder ähnlich denen sein, die vorstehend für den Kolben bzw. das Plungerglied beschrieben wurden, sind jedoch vorzugsweise nicht metallisch. Sowohl die Absorberkörper als auch die Blindkόrper sind so zu formen und zu dimensionieren, dass sie frei gleiten, ohne sich in den Bohrungen zu verklemmen.
Einer der potentiellen Vorteile, den die Erfindung durch das Merkmal bietet, nämlich dass die Bohrungen Säulen aus unverbundenen Einzelkorpern anstatt eines durchgehenden Einzelstabs enthalten, besteht darin, dass die Bohrungen infolgedessen nicht überall geradlinig sein müssen, sondern insoweit Krümmungen aufweisen können, wie die Korper dies ohne Verklemmen zulassen. Es ist lediglich notwendig, dass die Bohrungen allgemein in Richtung der Schwerkraft verlaufen.
Für die vorgenannten Zwecke kann die Form der Absorber- korper und Blindkorper von kugelförmig über ellipsoid oder fassformig bis zylindrisch mit gefasten oder gerundeten Kanten variieren. In der Benutzung werden längliche Korper der letzteren Formen vorzugsweise der Lange nach in ihre jeweiligen Bohrungen eingebracht. Die Krümmungsradien etwaiger Biegungen oder Krümmungen in den Bohrungen begrenzen die axiale Lange der Korper, die in der Praxis beispielsweise vom 1- bis 5-fachen, vorzugsweise vom 1- bis 3-fachen, besser noch vom Ein- bis Zweifachen des Kanaldurchmessers variieren kann. Für weitere Einzelheiten wird auf die Beschreibung der Korper als solche weiter unten verwiesen.
Solche Abweichungen von der Geradlinigkeit eines Kanals können vorteilhaft dazu benutzt werden, die Nahe der Neutronenabsorberkorper zum Reaktorkern und dadurch die Neutronen absorbierende Wirkung der Neutronenabsorber- korper auf unterschiedlichen Kernniveaus zu variieren. Eine Anordnung von Bohrungen kann benutzt werden, wobei verschiedene Bohrungen in Relation zum Kern unter- schiedlich gekrümmt verlaufen können. Einige Bohrungen können auch geradlinig sein, d.h. gleichbleibendem Abstand zum Reaktorkern verlaufen, wahrend einige andere Bohrungen gekrümmt sein können, um die Absorber- korper auf verschiedenen Niveaus des Reaktorkerns zu- nehmend zu diesem hm oder von ihm weg zu fuhren. Dieses Prinzip ähnelt in etwa dem unserer gleichzeitig anhangigen Anmeldung 98/0128. Darüber hinaus ist es möglich, die Lehren der vorliegenden Anmeldung mit den Lehren dieser früheren Anmeldung, wonach einige Bohrun- gen für den Betrieb mit einer Charge KLAKs oder ahnlich frei fließender Absorberkorper, d.h. Absorberkugeln mit Durchmessern vorzugsweise nicht über 1/6 des kleinsten Kanaldurchmessers ausgelegt werden können, zu kombinieren.
Die Bohrungen können über ihre gesamte Lange einen einheitlichen runden Querschnitt haben. Wie im Falle der sudafrikanischen Patentanmeldung 98/0128 ist es jedoch möglich, Bohrungen mit rechteckigem oder länglichem Querschnitt m Kombination mit Absorber- unα ggf. Blmdkorpern zu verwenden, wobei der entsprechende Querschnitt ihres jeweiligen Kanals mit einem geeigneten Spiel für leichtes axiales Gleiten im Kanal angepaßt und so ausgerichtet wird, dass in an Teile des Kerns angrenzenden Bereichen, wo bei Normalbetrieb maximaler Neutronenfluss vorliegt, die Richtung der Querschnittslangung der Bohrungen senkrecht zur Kernachse ist.
Zusätzlich oder als Alternative zu einem solchen Kanal, der axial von der Kern-/Reflektorgrenzflache weg in Bereichen gekrümmt ist, in denen die Kernaktivitat unter normalen Betriebsbedingungen reduziert ist, kann ein solcher Kanal mit länglichem Querschnitt eine allmähliche axiale Verdrehung erhalten, bis m einem Bereich mit normalerweise reduzierter Kernaktivitat die Richtung der Querschnittslangung radial zur Kernachse weist .
Zusatzlich oder alternativ zum Vorgenannten ist es mog- lieh, mit Hilfe der Erfindung die Neutronenfluss-Expo- sition der Absorber- und/oder Blmdkorper m Bereichen hoher Kernaktivitat zu maximieren, indem man für diese Korper m diesen Bereichen Bohrungen verwendet, die teilweise zum Kernbereich hm offen sind. Mit "teil- weise offen" meinen wir das Vorhandensein offener Bereiche in Form eines Schlitzes oder einer Folge von Schlitzen oder Offnungen, die parallel zur Reaktorkernachse ausgerichtet und so dimensioniert sind, dass die Absorber- und/oder Blmdkorper im Kanal gehalten wer- den, und insbesondere auch so dimensioniert, dass die Brennstoffkugeln im Falle eines Kugelhaufenreaktors nicht in den Kanal gelangen können.
Das Bedienungs- oder Antriebsmittel für das Plun- gerglied befindet sich vorzugsweise außerhalb des Druckgefaßes des Reaktors. Dementsprechend können Wartungsarbeiten an diesem Mittel ohne Schwierigkeit durchgeführt werden. Das Bedienungs- oder Antriebsmittel kann über eine Pleuelstange oder ahnliches mit dem Plungerglied verbunden sein, wobei nur eine kleine Durchfuhrung durch die Wand des Druckgefaßes ein- schließlich geeigneter Abdichtmittel notwendig ist. Es liegt nahe, Bedienungs- oder Antriebsmittel innerhalb des Druckgefaßes nicht vom Schutzumfang der Erfindung auszuschließen.
Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung auf Reaktoren des Hochtemperaturreaktor (HTR) -Typs und insbesondere auf Reaktoren, die dazu ausgelegt sind, durch Einbringen von frischem Kernbrennstoff mit oder ohne ruck- gefuhrten teilabgebrannten Brennstoff an einem Ende und Abzug von abgebranntem Brennstoff mit oder ohne teilabgebrannten Brennstoff an einem gegenüberliegenden Ende betrieben zu werden, und bei denen die Absorberkorper in einer Anordnung gehalten werden, die geeignet ist, eine maximale Neutronenabsorption m einem Bereich un- mittelbar an oder nahe einem Teil des Reaktorkerns zu bewirken, wo der den Reaktor durchlaufende Brennstoff maximale oder nahezu maximale Leistung erreicht, und eine abnehmende oder Null-Neutronenabsorption in Bereichen unmittelbar an oder nahe Teilen des Reaktorkerns zu bewirken, wo die Brennstoffaktivitat bereits reduziert ist. Eine bevorzugte Ausfuhrungsform ist der Kugelbrennstoffschuttungs- oder Kugelhaufentyp.
Bei einem gegebenen Reaktor hangt das Niveau (m Rela- tion zum Reaktorkern) , auf dem eine Änderung vom maximalen Absorptionseffekt zu einem weniger absorbierenden oder Null-Absorptionseffekt stattfinden sollte, wei- testgehend davon ab, wie dem Reaktor Brennstoff zugeführt wird. Vorzugsweise soll die Anordnung eine maximale oder nahezu maximale Absorption m einem Bereich unmittelbar an oder nahe der oberen Hälfte des Reaktor- kerns und eine verminderte oder Null-Absorption m einem Bereich bewirken, wo die Leistung des nicht vergifteten Kerns etwa die Hälfte bis ein Drittel des Bereichs mit maximaler Leistung betragt. Genauer gesagt beginnt der Bereich mit vermindertem oder Null-Absorp- tionseffekt auf einem Niveau nicht unter 1/10 der Ge- samtkernhohe über dem Bodenreflektorbereich des Reaktors .
Wenn es sich um einen Reaktor mit Mehrfachbrennstoff- durchsatz handelt, liegt der Bereich maximaler Leistung des Kerns in der Regel auf einem Niveau zwischen 50 % und 70 % der Gesamtkernhohe und der Teil der Anordnung mit maximalem Absorptionseffekt erstreckt sich nach unten auf ein Niveau nicht unter 30 % der Gesamtkern- hohe über dem Bodenreflektorbereich des Reaktors.
Wenn es sich hingegen um einen Reaktor mit Einwegbeschickung (OTTO) handelt, befindet sich der Bereich maximaler Leistung des Kerns auf einem Niveau zwischen 66 % und 75 % der Gesamtkernhohe, wobei sich der Bereich der Anordnung mit maximalem Absorptionseffekt nach unten auf ein Niveau nicht unter 40 % der Gesamtkernhohe über dem Bodenreflektorbereich des Reaktors erstreckt. Genauer gesagt erstreckt sich der Bereich der Anordnung mit maximalem Absorptionseffekt nach unten auf ein Niveau nicht unter 50 % der Gesamtreak- torhohe über dem Bodenreflektorbereich des Reaktors. Die Erfindung ist von besonderem Nutzen bei direktem Einsatz der Energieleistung für den Betrieb von Heliumturbinen oder Turbinen mit anderen gasformigen Medien, bei denen hohe Ausgangstemperaturen benötigt werden.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Regeln der Leistung eines Kernreaktors durch Absorbieren von Neutronen mit Hilfe Neutro- nen absorbierender Korper vorgesehen, das folgende Schritte einschließt:
~ Beschicken eines Regelsystems, das geeignet ist, die Reaktorleistung zu regeln, und das ein Kanal- system mit einem Kanal oder einer Anordnung von
Bohrungen umfasst, mit einer Folge durch Schwerkraft in einer Schräge befindlicher Neutronenabsor- berkorper mit Querschnittsabmessungen entsprechend dem Querschnitt des (der) Kanals (Bohrungen) eines solchen Kanalsystems mit genügend Spiel für freies
Gleiten; und
~ Einstellen des Niveaus der Neutronenabsorberkorper durch verstellbares mechanisches Auflager von unterhalb der Korper.
Die übrigen Merkmale und vorbeschriebenen Einzelheiten im Zusammenhang mit dem Reaktor gelten analog für dieses Verfahren.
Die Erfindung erstreckt sich weiter auf einen Reflektor für einen Kernreaktor, wobei em Kanalsystem mit einem Kanal oder einer Anordnung von Bohrungen zur Aufnahme einer Säule aus aufeinander gestapelten Neutronenabsor- berkorpern ausgebildet ist und der Querschnitt des (der) Kanals (Bohrungen) im wesentlichen dem Quer- schnitt der zur Aufnahme in diesem Kanal bestimmten Korper mit genügend Spiel für freie Gleitbewegung der Korper in dem (den) Kanal (Bohrungen) entspricht.
Die einschlagigen Merkmale der vorstehend im Zusammen- hang mit dem Reaktor beschriebenen Bohrungen und zugehörigen Mittel gelten vornehmlich auch für den Reflektor .
Darüber hinaus erstreckt sich der Schutzumfang der Er- findung auf Absorber- und Blindkorper wie weiter oben ausgeführt, die zur Benutzung in einem Verfahren und
Reaktor gemäß der Erfindung geeignet sind. So sieht die
Erfindung Neutronenabsorber- und Blindkorper vor, die in einem Kernreaktor ausgebildeten Bohrungen glei- tend ineinander greifen, wobei die Blindkorper ein
Null- oder vermindertes Neutronenabsorptionsvermogen im
Vergleich zu dem der Absorberkorper haben und besagte
Korper Querschnitte haben, die im wesentlichen den
Querschnitten der Bohrungen entsprechen, die sie wah- rend der Benutzung aufnehmen, mit genügend Spiel für freie Gleitbewegung m den Bohrungen.
Diese Absorberkorper unterscheiden sich vorzugsweise in ihrer Große wesentlich von KLAKs, die Stand der Technik sind. Ihre in axialer Längsrichtung der Bohrungen gemessenen Langen liegen vorzugsweise im Bereich von 40 mm bis 400 mm, besser noch 50 mm bis 220 mm, am bes
Figure imgf000018_0001
Die Querschnittsabmessungen der Absorber- und Blmdkor- per hangen davon ab, ob die Bohrungen zylindrisch oder länglich sind oder eine andere Form haben. Wenn die Korper kugelförmig sind, gelten die vorbeschriebenen Bereiche für die Durchmesser, wobei Durchmesser nahe den unteren Grenzen bevorzugt werden. Wenn die Bohrun- gen zylindrisch sind, haben die Korper einen Querschnitt entsprechend dem Querschnitt des Kanals mit einem Spiel. Die Gestalt der Korper in axialer Richtung kann von kugelförmig über ellipsoid oder fassformig bis zylindrisch mit gerundeten oder gefasten Enden sein. Wenn die spezifischen Oberflachenbereiche der Korper beispielsweise für erhöhtes Absorptionsvermögen vergrößert werden sollen, können auf die vorbeschriebene Grundform geeignete Flachen vergrößernde Oberflachen- konflgurationen aufgebracht werden, z.B. Wellenmuster mit abwechselnd erhabenen und vertieften Bereichen.
Bei länglichen Querschnitten kann die kürzere Abmessung im Bereich von beispielsweise 20 mm bis 100 mm, vorzugsweise 30 mm bis 80 mm liegen, z.B. 60 mm betragen, und die längere Abmessung kann im Bereich von 100 bis 300 mm, vorzugsweise 150 bis 280 mm liegen, z.B. 260 mm betragen. Die kurzen Seiten können eine gerundete, z.B. halbzylindrische Gestalt haben. In der Längsrichtung der Korper, d.h. der Bewegungsrichtung durch die Boh- rungen, gelten dieselben Prinzipien wie für im vorstehenden Absatz beschriebene Korper mit rundem Querschnitt mit der Ausnahme, dass der senkrecht auf den langen Seiten des transversalen Querschnitts stehende Langsachsenschnitt eine Art gedunnte Version des Längsschnittes parallel zu den langen Seiten des transversalen Querschnitts ist.
Die Absorberkorper können einen nicht oder schwach absorbierenden Kern z.B. aus Graphit oder einem feuerfesten Keramikmaterial haben, der (zumindest m Bereichen, die bei Gebrauch dem Reaktorkern zugewandt sind) mit einem stark Neutronen absorbierenden Stoff wie Borkarbid oder Hafniumkarbid beschichtet oder verkleidet ist.
Die Blindkorper wie vorstehend beschrieben werden auch als Teil der Erfindung betrachtet und haben vorzugs- weise dieselben Abmessungen (oder zumindest dieselben Querschnittsabmessungen) wie die Neutronenabsorberkor- per. Die Blmdkorper können mit einem Neutronen reflektierenden Material wie einem speziellen Qualitatsgra- phit beschichtet oder verkleidet sein.
Als eine noch weitere Erscheinungsform der Erfindung sind Graphitsteine oder -blocke vorgesehen, die zu einem Reaktorreflektor zusammengebaut werden und in diesem die Bohrungen für die Neutronenabsorberkorper mit den neuen charakteristischen Merkmalen wie vorstehend ausgeführt bilden können, insbesondere Bohrungen, die wie vorstehend beschrieben zum Reaktorkern hm offen sind. Die Graphitsteine oder -blocke sind daher so geformt, dimensioniert und gestaltet, dass sie zu einem Reflektor wie vorbeschrieben zusammengebaut werden können. In Reaktorsystemen neueren Typs kann die Dosierung schneller Neutronen, die auf die Reflektorinnenperipherie auftreffen, auf Werte über 1,5 x 1022 cm-2 (EDN) ansteigen. Deshalb kann in Anbetracht der vorerwähnten modernen Temperaturen bis zu 900 °C oder mehr ein Sei- tenwandreflektor mit durchgehender glatter Oberflache auch versagen, bevor er die ausgelegte Lebenserwartung von etwa 30 Jahren erreicht hat. Dies wird durch die strahlungsbedingten Volumenanderungen des Graphits ver- ursacht, die in zwei Phasen ablaufen. In der ersten Phase fuhrt die Neutronenbestrahlung zu einer unproblematischen Volumenkontraktion. Wahrend der zweiten Phase vergrößert sich das Volumen wieder, überschreitet dabei möglicherweise die ursprunglichen Abmessungen und fuhrt zu Spannungsbelastungen, die den Reflektor beschädigen. Um dieses Problem zu mindern oder zu überwinden, sind die nach innen weisende Oberflache des Reflektors und die entsprechenden Oberflachen der Graphitsteine oder - blocke erfindungsgemaß vorzugsweise m einer Weise ge- rieft, die bekanntermaßen von sich aus solche Maßanderungen ausgleicht, die der Graphit nach längerer intensiver Neutronenbestrahlung erfahrt.
Im Folgenden wird die Erfindung ohne Einschränkung bei- spielhaft mit Bezug auf die begleitenden Prinzipzeichnungen weiter beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
Abbildung 1 schematisch einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemaß entwickelten Kernreaktor des modularen HTR-Kugelhaufentyps; Abbildung 2 und 3 schematisch vertikale Schnitte durch Teile von erfindungsgemaß in einem Kernreaktor zu benutzenden Bohrungen, die mit einer Folge von durch Schwerkraft einfallenden Absorberkorpern beschickt wer- den können, wobei die Schnitte in radialer Richtung zur Reaktorkernachse verlaufen;
Abbildung 4 schematisch eine dreidimensionale rückwärtige Schnittansicht eines Teils eines Reflektors eines Kernreaktors gemäß der Erfindung mit drei geraden zylindrischen Bohrungen vertikal im Reflektor hinter seiner Grenzflache zum Kern;
Abbildung 5 schematisch eine dreidimensionale Schnitt- ansieht eines Teils eines Reflektors eines Kernreaktors gemäß der Erfindung, bei dem drei sich verdrehende Bohrungen mit generell länglichem Querschnitt vertikal im Reflektor hinter seiner Grenzflache zum Reaktorkern ausgerichtet sind;
Abbildung 6 schematisch einen Teil eines Reflektors eines Kernreaktors gemäß der Erfindung, in dem drei vertikale Bohrungen ausgebildet sind, die Weiterbildungen der Abbildung 4 gezeigten sind, wobei jeder Ka- nal zum Kernbereich des Reaktors h teilweise offen
Abbildung 7 schematisch eine vergrößerte Teilansicht eines Teils eines der m Abbildung 6 gezeigten Bohrun- gen; Abbildung 8, 9, 10 und 12 schematisch Seitenansichten von Neutronenabsorberkorpern mit rundem Querschnitt für den Einsatz in Bohrungen mit in etwa entsprechenden runden Querschnitten;
Abbildung 11 bzw. 13 einen Schnitt bei XI - XI in Abbildung 10 und eine Endansicht des Korpers in Abbildung 12 bei XII - XII;
Abbildung 14, 15, 16 und 18 schematisch Seitenansichten von Neutronenabsorberkorpern mit generell länglichem Querschnitt für den Einsatz in Bohrungen mit in etwa entsprechendem länglichen Querschnitt;
Abbildung 17 bzw. 19 einen Schnitt bei XVII - XVII in Abbildung 16 und eine Endansicht des Korpers in Abbildung 18 bei XIX - XIX;
Abbildung 20 schematisch einen Querschnitt eines Blind- korpers mit einem Kern und einer reflektierenden Graphitbeschichtung;
Abbildung 21 schematisch einen transversalen Querschnitt eines Teils eines Reflektors für einen Kernre- aktor, wobei der Schnitt auch durch einen Absorberkorper verlauft, der in einem im Reflektor ausgebildeten Kanal untergebracht ist, und durch ein Brennelement im Reaktorkern;
Abbildung 22 schematisch einen vertikalen Schnitt durch einen (als XXII gekennzeichneten) unteren Teil des in Abbildung 1 gezeigten Reaktors; Abbildung 23 und 24 schematisch einen vertikalen Teilschnitt durch eine Strecke eines Kanals mit Blmdkorpern und Absorberkorpern zwei gesonderten Konfigurationen, die durch zwei gesonderte Betriebspositionen eines Plungergliedes bestimmt werden, das vom unteren Ende des Kanals auf die Korper wirkt.
Mit Bezug auf die Zeichnungen bezeichnet die Bezugszahl 30 allgemein einen für den Einsatz gemäß der vor- liegenden Erfindung modifizierten und entwickelten Kugelhaufen (Kugelbrennstoffschuttungs) -HTR-Reaktor des MODUL-HTR-Typs an. Der Reaktor 30 schließt einen bis zu einem konischen oberen Niveau 34 mit geschüttetem Brennstoff gefüllten Reaktorkern 32 em. Die Bezugs- zahl 36 bezeichnet einen Reflektor aus hochreinem Graphit im Bereich seiner Innenflache und aus Graphit niedrigerer Gute in seinem äußeren Bereich. Der Kern 32 und der Reflektor 36 sind von einem Reaktorgefaß oder Druckgefaß 38 m Verbindung mit einem Anschlussrohr 40 zur Lieferung von Kuhlgas wie beispielsweise Helium zum Kern 32 umschlossen. Die Bezugszahl 42 bezeichnet allgemein einen Brennstoffemlass und Bezugszahl 44 einen durch einen Auslassregler 46 gesteuerten Brennstoffaus- lass. Em unterer Bereich des Reflektors ist mit der Bezugszahl 48 bezeichnet.
Der Reaktor 30 schließt em Regelsystem zum Regeln oder Abschalten der Reaktorleistung em, wobei das System wiederum em System von Bohrungen 50 umfasst. Die Bon- rungen sind in verschiedenen Positionen im gesamten Korper des Reflektors 36 untergebracht und bilden eine Anordnung von Bohrungen. Bei Einsatz des Regelsystems werden die Bohrungen auf verstellbare Niveaus mit einer Folge durch Schwerkraft einfallender Neutronenabsorber- korper 52, 54 (und ggf. Blindkorper 56) beschickt, deren Querschnittsabmessungen denen der Bohrungen 50 entsprechen und die sich in Gleitbeziehung mit den Bohrungen befinden und genügend Spiel für leichtes Gleiten haben.
Mit Bezug auf Abbildung 22 bis 24 werden die Korper 52, 54, 56 in Abwartsrichtung durch Niveau bestimmende Auflager in Form von Plungergliedern 58 gehalten, von denen jedes einen in die Korper einruckenden Kolben 59 hat. Diese Merkmale werden weiter unten behandelt.
Konventionelle MODUL-HTR-Reaktoren wurden bisher durch ein erstes Abschalt- und Regelsystem mit Metall- und gekapselten Neutronenabsorberstaben und ein zweites Abschaltsystem geregelt, das vollständig mit kleinen Absorberkugelchen (KLAKs) arbeitete. Gemäß der vorlie- genden Erfindung wird das erste Abschalt- und Regelsystem und wahlweise das zweite Abschaltsystem durch ein System von Bohrungen 50 und die Neutronenabsorber- und Blindkorper 52, 54, 56 ersetzt.
Einige der Bohrungen 50, die die Leistung des Reaktors regeln sollen, haben spezielle Konfigurationen, von denen zwei mit Bezug auf Abbildung 3 und 5 nachstehend beschrieben werden. Der von den Bohrungen bei Beschickung mit Neutronenabsorberkorpern erreichte Neutronen- absorptionsgrad hangt von der Nahe oder Ferne des Kanals zum Kern auf einem bestimmten Niveau und von der Breite des Aspekts ab, den der Kanal dem Kern auf einem bestimmten Niveau bietet. Wie vorstehend allgemein beschrieben, gibt es eine Reihe zum Kern gehöriger Niveaus, die ihrerseits Niveaus des Kanals abgrenzen, auf denen bestimmte Grade von Regelfunktionen unter be- stimmten Betriebsbedingungen durchgeführt werden müssen. Die Niveaus variieren mit der Art des Reaktorbetriebs. In den Bereichen des Reaktorkerns, in denen maximaler Neutronenfluss vorherrscht und maximale Absorption zum Regeln benotigt wird, sind die Bohrungen für maximalen Absorptionseffekt ausgelegt, wahrend nahe den Bereichen des Kerns, wo verminderter oder kein Neutronenfluss auftritt, die Bohrungen für verminderten Absorptionseffekt konfiguriert sind. Im allgemeinen soll die Anordnung von Bohrungen einen maximalen oder nahezu maximalen Absorptionseffekt in einem Bereich unmittelbar an oder nahe der oberen Hälfte (durch Bezugszahl 60 bezeichnet) des Reaktorkerns zu bewirken. Der Absorptionseffekt verringert sich oder wird Null auf einem entsprechenden Niveau im unteren Teil des Reak- torkerns unterhalb des durch Bezugszahl 60 bezeichneten Bereichs .
Die Bezugszahl 62 bezeichnet einen Bereich des Reaktorkerns zwischen 50 % und 70 % der Gesamtkernhohe, in dem maximaler Neutronenfluss vorliegt und somit maximale Absorptionseffekte erforderlich sind. Die Bezugszahl 64 bezeichnet em Niveau von 30 % der Kernhohe über dem Bodenreflektorbereich 48. Der Bereich mit maximalem Absorptionseffekt erstreckt sich gewöhnlich bis auf em Niveau nicht unter 30 % des Kernhohenniveaus 6 . Wenn der Reaktor mit Einwegbeschickung (OTTO) betrieben wird, erstreckt sich der Bereich maximaler Leistung des Kerns in der Regel von einem Niveau zwischen 66 % und 75 % der Gesamtkernhöhe (durch Bezugszahl 66 bezeichnet) bis zu einem niedriger gelegenen Niveau irgendwo über 40 % (durch Bezugszahl 68 bezeichnet) der Kern- höhe.
Wenn der Reaktor andererseits wiederholt mit Brennstoff nachbeladen wird, werden die Brennstoffkόrper (z.B. Brennstoffkugeln oder Brennelemente) , die über den Aus- lass 44 aus dem Kern abgezogen werden, analysiert und ihr Verbrauchsgrad wird bestimmt. Auf diese Weise können sie bis zu zwanzigmal ruckgeführt werden, bevor sie durch neue Brennstoffkorper ersetzt werden. In einem so betriebenen Reaktor liegt der Bereich maximaler Leis- tung des Kerns im allgemeinen zwischen einem Niveau im Bereich von 2/3 der Reaktorkernhohe (unteres Ende von Bereich 66) und der halben Reaktorhohe (unteres Ende von Bereich 60) .
Die Bezugszahl 70 bezeichnet ein Niveau bei 1/10 der
Gesamtkernhohe . Gewohnlich erstreckt sich ein Bereich mit vermindertem oder Null-Absorptionseffekt von diesem
Niveau aufwärts auf das entsprechende höhere Niveau
(wie vorstehend diskutiert), wo maximale Absorption vorliegt.
Um die benotigten Variationen im Absorptionsvermögen zu erzielen, können die Bohrungen der Erfindung verschiedene Konfigurationen entlang ihrer Lange haben.
So sieht man mit Bezug auf Abbildung 3 eine Konfiguration eines Kanals 50, bei dem eine Erhöhung des Absorp- tionseffekts in Abwartsrichtung durch eine Abschragung des Kanals nach unten gegen den Kern 32 herbeigeführt wird. Der Kanal 50 kehrt danach wieder in eine vertikale Ausrichtung zurück. Die Krümmungen 72 entlang der Lange des Schragkanals sind gerundet, um das Gleiten von Absorber- und Blindkorpern im Kanal zu erleichtern, und die Krümmungsradien der Krümmungen sind in Bezug auf eine Langsstrecke der wahrscheinlich im Kanal einzusetzenden Absorber- und Blindkorper so ausgelegt, dass die Korper die Krümmungen frei überwinden können. Die in Abbildung 2, 3 und 4 gezeigten Bohrungen 50 haben einen runden Querschnitt für den Einsatz von Absorber- und Blindkorpern 52, 56 mit entsprechendem runden Querschnitt.
In Abbildung 5 sind Bohrungen 50 mit in der Regel länglichem Querschnitt in dem Korper des Reflektors 36 ausgebildet. Bei Gebrauch nehmen diese Bohrungen entsprechende Absorberkorper 54 und Blindkorper mit in der Re- gel länglichem Querschnitt auf. Die Korper sind gleitend in dem Kanal m Langsausrichtung aufeinander folgend und gegeneinander stoßend untergebracht.
Wie aus Abbildung 5 ersichtlich, weisen die Bohrungen 50 eine allmähliche axiale Verdrehung auf, die von einer Konfiguration mit Richtung der Querschnittslangung des Kanals senkrecht zur Kernachse (oben in der Abbildung) bis zu einer Konfiguration mit Richtung der Querschnittslangung radial zur Kernachse (unten in der Abbildung) reicht. Diese axiale Verdrehung hat eine entsprechende Wirkung auf das vom Kanal und seinen zugehörigen Absorberkorpern erreichte Absorptionsvermo- gen. Das Absorptionsvermögen ist dort hoher, wo die Langungsrichtung senkrecht zur Kernachse verlauft (tan- gential zum Kern) . Eine solche Konfiguration ist nahe Teilen des Kerns zweckmäßig, wo maximaler Neutronen- fluss bei Normalbetrieb auftritt. Demgegenüber weist der Kanal einen Aspekt verringerter Flache zum Kern dort auf, wo die Langungsrichtung des Kanals radial zur Kernachse weist. Eine solche Konfiguration ist zweckmäßig m einem Bereich des Kerns mit normalerweise re- duzierter Neutronenflussaktivitat .
Obwohl nicht in Abbildung 5 dargestellt, können Abweichungen von der Geradlmigkeit des Kanals (Abschragung) der axialen Verdrehung überlagert sein, um die Absorp- tionseigenschaften des Kanals zu erhohen oder zu verandern.
Mit Bezug auf Abbildung 6, 7 und 21 wird nunmehr eine Ausfuhrungsform eines Reflektors 36 gezeigt, bei der die Neutronenfluss-Exposition der Absorber- und/oder Blindkorper in Bereichen hoher Kernaktivitat durch die Verwendung von Bohrungen 50 erhöht ist, die zum Kernbereich 32 hm teilweise offen sind. In der m diesen Abbildungen gezeigten Ausfuhrungsform ist em einzelner Langsschlitz 74 entlang einem Teil der Lange jedes Kanals 50 ausgebildet. Der Schlitz ist parallel zur Reaktorkernachse ausgerichtet und erstreckt sich vom Kernbereich rückwärtig durch den Kanal 50, wie insbesondere aus Abbildung 7 ersichtlich ist. Zwei einander gegenüberliegende Graphitsteine oder -blocke 76 sind so geformt und dimensioniert, dass sie zwischen sich einen Teil des Schlitzes 74 und den Kanal 50 ausbilden. Wie aus Abbildung 21 ersichtlich, ist der Schlitz 74 so geformt und dimensioniert, dass Absorber- und/oder Blindkorper 52 im Kanal gehalten werden, und insbesondere so, dass Brennstoffkugeln 78 (im Falle eines Kugelhau- fenreaktors) nicht in den Kanal gelangen können.
Wie bereits erwähnt, bilden die in Abbildung 6, 7 und 21 gezeigten Steine oder Blocke 76 einen Schlitz aus, der über die gesamte vertikale Lange der Steine oder Blocke verlauft. In anderen Ausfuhrungsformen der Erfindungen (nicht gezeigt) können den Reflektor bildende Graphitsteine oder -blocke jedoch je einen diskreten Schlitz aufweisen, so dass ein vertikaler Stapel der Steine oder Blocke eine Folge diskreter aufeinander folgend angeordneter Schlitze mit Öffnung zu einem bestimmten Kanal 50 ausbilden. Wie aus Abbildung 7 und 21 ersichtlich, sind die dem Kern zugewandten Oberflachen 77 der Steine oder Blocke 76 gerieft, um die Maßanderungen des Graphits nach längerer intensiver Neutronenbestrahlung auszugleichen.
Wenden wir uns nun den Abbildungen 8 bis 13 zu, in denen ein Spektrum von Formen von Neutronenabsorberkorpern 52 mit rundem Querschnitt gezeigt wird. Die Formen sind Teil eines Kontinuums von Formen, die von kugelförmig (Abbildung 8) über fassformig (Abbildung 9) und ellipsoid (Abbildung 10 und 11) bis zylindrisch mit ge- fasten oder gerundeten Kanten reichen (Abbildung 12 und 13) . Die Durchmesser der Absorberkorper 52 sind so gewählt, dass sie den Durchmessern der Bohrungen entsprechen, in denen sie untergebracht werden sollen, mit genügend Spiel für freies Gleiten der Korper in den Bohrungen unter dem Einfluss von Schwerkraft.
Die Absorberkorper 52 haben einen nicht oder schwach absorbierenden Kern typischerweise aus Graphit oder einem feuerfesten Keramikmaterial, der mit einer Schale aus stark Neutronen absorbierenden Stoffen wie Borkarbid oder Hafniumkarbid berzogen oder verkleidet ist. In einigen Ausfuhrungsformen von Absorberkorpern sind nur die Teile der Korper, die bei Gebrauch dem Reaktorkern zugewandt sind, mit einer solchen Schale überzogen.
Mit Bezug auf Abbildung 14 bis 19 werden nunmehr Absor- berkorper 54 mit in der Regel länglichen Querschnitten gezeigt. Bei diesen Korpern variiert die kürzere Abmessung des Querschnitts von 20 mm bis 100 mm, vorzugsweise 30 mm bis 80 mm (z.B. 60 mm) und die längere Abmessung kann im Bereich von 100 bis 300 mm, vorzugs- weise 150 mm bis 280 mm (z.B. 260 mm) liegen. Wie ersichtlich, haben die kurzen Seiten des Querschnitts eine gerundete Konfiguration, so dass insbesondere m dem in Abbildung 18 gezeigten Absorberkorper axial verlaufende Kanten des Korpers den kurzen Seiten des Quer- Schnitts mit einer halbzylindrischen Konfiguration entsprechen. Die Absorberkorper 54 haben eine Verbundstruktur ahnlich der der Korper 52 und umfassen einen schwach absorbierenden Kern und eine Schale aus stark Neutronen absorbierenden Stoffen.
Obwohl nicht in Abbildung 8 bis 19 gezeigt, sind in bestimmten Ausfuhrungsformen von Neutronenabsorberkorpern für erhöhtes Absorptionsvermögen den Oberflachenbereich vergrößernde Oberflachenkonfigurationen (z.B. Wellenmuster mit abwechselnd erhabenen und vertieften Bereichen) auf die Grundformen der Korper aufgebracht. Die in axialer Längsrichtung (x in Abbildung 12) der Bohrungen gemessenen Langen der Korper 52, 54 liegen vorzugsweise im Bereich von 40 bis 400 mm, besser noch 50 bis 220 mm und am besten von 60 bis 150 mm. Die axiale Lange der Korper in verschiedenen Ausführungsformen variiert vom 1- bis 5-fachen, typischerweise 1- bis 3-fachen und vorzugsweise 1- bis 2-fachen des Bohrungsdurchmessers .
In Abbildung 20 bezeichnet die Bezugszahl 56 allgemein einen Blindkorper. Der in Abbildung 20 gezeigte Korper hat einen runden Querschnitt. In der Praxis können Blindkorper jedoch in jeder der Formen der Neutronenab- sorberkorper 52, 54 (z.B. wie m Abbildung 8 bis 19 gezeigt) vorgesehen werden. Die Blindkorper haben diesel- ben Querschnittsabmessungen wie die Neutronenabsorber- korper, mit denen sie benutzt werden sollen, können jedoch in der Lange von den Absorberkorpern abweichen. Jeder Blindkorper 56 umfasst einen Innenkern 80, der mit einer Schale 82 aus Neutronen reflektierendem Mate- rial wie beispielsweise hochwertigem Sondergraphit überzogen oder verkleidet ist.
In bestimmten Ausfuhrungsformen der Erfindung sind die Blmdkorper 56 unterschiedlich Neutronen absorptionsfa- hig und in den Bohrungen 50 so angeordnet, dass das Neutronenabsorptionsvermogen der Blindkorper in Abwartsrichtung abnimmt. Wenden wir uns nun den Abbildungen 22 bis 24 zu, in denen der Betrieb des Plungergliedes 58 (einschließlich des Kolben 59) gezeigt wird. Das Plungerglied 58 wirkt als ein Niveau bestimmendes Auflager, auf dem die Neutronenabsorberkorper 52 und Blindkorper 56 aufliegen. Die von den Blindkorpern 56 besetzte Strecke zwischen dem Kolben 59 und dem Neutronenabsorberkorpern 52 ist so gewählt, dass sich das Plungerglied 58 und der Kolben 59 immer unter einem Mindestniveau 84 des Kern- reaktorkerns befinden, d.h. in einem Bereich, in dem die Strahlung, insbesondere der Neutronenfluss minimal oder nicht vorhanden ist.
Wie aus Abbildung 22 ersichtlich, wird der Kolben durch ein hydraulisches Bedienungsmittel 86 betätigt (d.h. angehoben bzw. abgesenkt) . In anderen Ausfuhrungsformen der Erfindung (nicht gezeigt) können die Bedienungsmittel mechanisch, pneumatisch, elektromagnetisch oder eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Moglich- keiten sein. Das Bedienungsmittel 86 befindet sich außerhalb des Druckbehalters 38 des Reaktors zur leichteren Wartung. Das Bedienungsmittel 86 ist über eine Pleuelstange 88 (Abbildung 22) mit dem Plungerglied 58 verbunden, wobei die Pleuelstange durch eine kleine Öffnung 90 in der Wand des Druckgefaßes 38 gefuhrt wird, die mit einem geeigneten Dichtmittel 92 abgedichtet ist. In anderen Ausfuhrungsformen der Erfindung (nicht gezeigt) befindet sich das Bedienungs- oder Antriebsmittel für das Plungerglied innerhalb des Druck- gefaßes 38 des Reaktors. Die Neutronen absorbierenden Korper 52 und die Blindkorper 56 bewegen sich unter Schwerkraft, sofern sie nicht vom Plungerglied 58 zurückgehalten werden. So wird der Reaktor im Falle einer Betriebsstörung des Re- aktors 30 infolge beispielsweise eines Stromausfalls durch automatisches Absenken der Absorberkorper 52 in ihre Abschaltpositionen (für maximales Absorptionsvermögen, wo maximaler Neutronenfluss vorherrscht) abgeschaltet. Das automatische Absenken der Absorberkorper kann durch automatische Freigabe einer normalerweise am Plungerglied 58 anliegenden Haltekraft erfolgen. In Abbildung 22 ist diese Haltekraft durch eine elektromagnetische Kupplung oder Haltevorrichtung 94 vorgesehen, die bei Stromausfall freigegeben wird. In Abbildung 24 werden die Neutronenabsorberkorper 52 in ihren Abschaltpositionen gezeigt, wobei sich der Kolben 59 am unteren Ende des Kanals 50 befindet. Demgegenüber befinden sich in Abbildung 23 die Neutronenabsorberkorper 52 in einer Regelposition, die für Steuerungszwecke durch Anheben oder Absenken des Kolbens 59 vertikal verändert werden kann.
Allgemein kann, obwohl nicht in den Zeichnungen gezeigt, eine Anordnung von Bohrungen 50 benutzt werden, bei der verschiedene Bohrungen in Relation zum Kern 32 unterschiedlich verlaufen. Einige Bohrungen können auch für den Betrieb mit einer Charge KLAKs oder ahnlich frei fließender Absorberkorper wie beispielsweise Absorberkugeln mit Durchmessern vorzugsweise nicht über 1/6 des kleinsten Kanaldurchmessers ausgelegt sein. So können Bohrungen, die sowohl die Neutronenabsorberkorper 52, 54 als auch Blindkorper 56 enthalten, und sepa- rate Bohrungen mit KLAKs zu einem einzigen Regelsystem für einen Reaktor zusammengefugt werden.
Die nachfolgenden Ansprüche sind Bestandteil der vor- liegenden Offenlegung.
Der Begriff "umfassend" mit seinen verschiedenen grammatikalischen Varianten ist bei Gebrauch in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen in seinem nicht restriktiven Sinn als „einschließlich" auszulegen, so dass Merkmale oder Punkte, auf die nicht ausdrucklich Bezug genommen wird, dennoch neben den ausdrucklich erwähnten Merkmalen und Punkten eingeschlossen sein können.
In den Ansprüchen aufgeführte (auf die Zeichnungen verweisende) Bezugszahlen dienen zur leichteren Korrelation der ganzen Zahlen der Ansprüche mit veranschaulichten Merkmalen der bevorzugten Ausfuhrungsform (en) , sollen jedoch nicht den Wortlaut der Ansprüche in irgendeiner Weise auf das beschranken, was den Zeichnungen gezeigt ist, sofern sich aus dem Kontext nichts eindeutig Gegenteiliges ergibt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Ein Kernreaktor (30), der ein System oder Systeme von Reglern zur Leistungs- und Abschaltregelung auf der Basis von Neutronenabsorption mit Hilfe beweg- licher Neutronenabsorberkorper einschließt, wobei das (die) Reglersyste (e) ein Kanalsystem mit einem Kanal oder einer Anordnung von Bohrungen einschließt, die mit einer Folge von durch Schwerkraft einfallenden Absorberkorpern auf verstellbare Niveaus beladen werden oder beladbar sind, wobei die Absorberkorper (52, 54) Querschnittsabmessungen haben, die im wesentlichen den Querschnittsabmessungen der Bohrungen in Gleitbeziehung mit genügend Spiel für leichtes Gleiten entsprechen, und die Absorberkorper nach unten durch mindestens ein
Niveau bestimmendes Auflager (59) abgestutzt werden.
2. Em Kernreaktor (30) gemäß Anspruch 1, bei dem zwi- sehen dem das Niveau bestimmenden Auflager (59) und den Absorberkorpern (52, 54) em oder mehrere ebenfalls gleitfahige Blindkorper (56) in Längsrichtung des Kanals (50) untergebracht sind, wobei besagte Blmdkorper im Vergleich zum Neutronenabsorptions- vermögen der Absorberkorper kein oder em verringertes Neutronenabsorptionsvermogen haben.
3. Em Kernreaktor (30) gemäß Anspruch 2, bei dem jeder Kanal (50) eine Vielzahl von Blmdkorpern (56) mit unterschiedlichem Neutronenabsorptionsvermogen enthalt und die Blindkorper in dem Kanal so angeordnet sind, dass sich das Neutronenabsorptionsvermogen der Blindkorper in Abwartsrichtung ver- ringert.
4. Ein Kernreaktor gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem genügend Blindkorper (56) zwischen den Neutronenabsorptionskorpern (52, 54) und dem das Niveau bestimmenden Auflager (59) angeordnet sind, so dass der Abstand zwischen den Neutronenabsorptionskorpern und dem Auflager so ist, das sich das Auflager in allen seinen Betriebspositionen unter dem niedrigsten Niveau (84) des Reaktorkerns (32) in einem Bereich befindet, wo die Strahlung, insbesondere der Neutronenfluss minimal oder nicht vorhanden ist.
5. Ein Kernreaktor (30) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Absorberkorper (52, 54) und die
Blindkorper (56) so geformt und dimensioniert sind, dass sie frei gleiten, ohne sich in den Bohrungen (50) des Kanalsystems zu verklemmen.
6. Ein Kernreaktor (30) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem mindestens einige der Bohrungen (50) des Kanalsystems teilweise zum Kern (32) hm offen sind, indem offene Bereiche m Form eines Schlitzes
(74) oder einer Folge von Schlitzen oder Offnungen parallel zur Kernachse vorgesehen und so dimensioniert sind, dass die Absorberkorper (52, 54) und/oder Blindkorper (56) im Kanal gehalten werden und im Falle eines Kugelhaufenreaktors keine Brennstoffkugeln (78) in den Kanal gelangen können und dadurch die Neutronenfluss-Exposition der Absorberkorper m Bereichen hoher Kernaktivitat erhohen.
7. Ein Kernreaktor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, der ein Druckgefaß (38) einschließt und in dem das Niveau bestimmende Auflager (59) durch außerhalb des Druckgefaßes befindliche Bedienungs- mittel betätigt wird.
8. Em Kernreaktor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, der einen ausfallsicheren Mechanismus zum automatischen Absenken der Absorberkorper (52, 54) in ihre Abschaltpositionen nahe einem Bereich mit maximalem Neutronenfluß im Reaktor im Falle einer Betriebsstörung des Reaktors einschließt, wobei der Mechanismus em automatisches Freigabemittel (94) zur automatischen Freigabe einer normalerweise an dem das Niveau bestimmenden Auflager (59) anliegenden Haltekraft einschließt.
9. Em Kernreaktor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Bohrungen (50) generell m Schwerkraftrichtung und mindestens einige der Bohrungen m Relation zum Reaktorkern (32) gekrümmt verlaufen, so dass die Bohrungen die Absorberkorper (52, 54) auf verschiedenen Niveaus des Kerns zunehmend zu diesem hm oder von ihm weg fuhren, wobei die Bohrungen m Bereichen, in denen die Aktivität des Kerns unter normalen Betriebsbedingungen reduziert ist, axial vom Kern weg gekrümmt sind.
10. Ein Kernreaktor (30) gemäß Anspruch 9, in dem die unterschiedlich gekrümmt verlaufenden Bohrungen (50) Krümmungen und Mindestkrummungsradien haben, die mit Bezug auf eine axiale Langsstrecke der in die Bohrungen geladenen oder ladbaren Absorberkorper (52, 54) ausgelegt sind.
11. Ein Kernreaktor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem mindestens einige der Bohrungen (50) einen in der Regel länglichen Querschnitt und entlang ihrer Länge eine allmähliche axiale Verdrehung haben und die Bohrungen so konfiguriert und ausgerichtet sind, dass in Bereichen unmittelbar an Teilen des Kerns (32) des Reaktors, wo maximaler Neutronenfluss bei Normalbetrieb vorliegt, die
Richtung der Querschnittslangung der Bohrungen senkrechter zur Kernachse (tangential zum Kern) ist als Bereichen, die an Teile des Kerns mit normalerweise reduzierter Kernaktivitat angrenzen, wobei die Richtung der Querschnittslangung in letzteren
Bereichen radialer zur Kernachse weist.
12. Ein Kernreaktor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Bohrungen (50) des Kanalsystems jeweils einen einheitlichen Querschnitt über die gesamte Kanallange oder zumindest entlang einer Kanalstrecke haben, in der bei Einsatz des Kernreaktors die Absorberkorper (52, 54) untergebracht oder wahrscheinlich untergebracht sind.
13. Ein Kernreaktor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, der e Hochtemperaturreaktor (HTR) zum Be- trieb durch Einbringen frischen Kernbrennstoffs (78) mit oder ohne ruckgefuhrten teilabgebrannten Brennstoff an einem Ende und Abzug von abgebranntem Brennstoff mit oder ohne teilabgebrannten Brenn- stoff an einem gegenüberliegenden Ende ist, wobei die Absorberkorper (52, 54) des Kanalsystems m einer Anordnung gehalten werden, die geeignet ist, einen maximalen Neutronenabsorptionseffekt in einem Bereich unmittelbar an oder nahe einem Teil des Reaktorkerns (32) zu bewirken, in dem der den Reaktor durchlaufende Brennstoff maximale oder nahezu maximale Leistung erreicht, und einen geringeren oder keinen Neutronen absorbierenden Effekt m Bereichen unmittelbar an oder nahe Teilen des Kerns zu bewirken, wo die Brennstoffaktivitat bereits reduziert ist.
14. Em Kernreaktor (30) gemäß Anspruch 13, bei dem es sich um einen Kugelbrennstoffschuttungs- oder Kugelhaufenreaktor handelt.
15. Em Kernreaktor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, der darüber hinaus Bohrungen für den Betrieb mit einer Charge KLAKs oder ähnlich frei fließender Absorberkorper mit Durchmessern vorrangig nicht über 1/6 des kleinsten Kanaldurchmessers des Reaktors einschließt .
16. Em Verfahren zum Regeln der Leistung eines Kernre- aktors (30) durch Absorption von Neutronen mit
Hilfe Neutronen absorbierender Korper, das folgende Schritte einschließt: - Beschicken eines Regelsystems, das geeignet ist, die Reaktorleistung zu regeln, und das em Kanalsystem mit einem Kanal (50) oder einer An- Ordnung von Bohrungen u fasst, mit einer Folge durch Schwerkraft m einer Schräge befindlicher Neutronenabsorberkorper (52, 54) mit Quer- schnittsabmessungen entsprechend dem Querschnitt des (der) Kanals (Bohrungen) eines solchen Kanalsystems mit genügend Spiel für freies Gleiten; und
- Einstellen des Niveaus der Neutronenabsorberkorper durch verstellbares mechanisches Auflager von unterhalb der Korper.
17. Em Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem das verstellbare mechanische Auflager durch em oder mehrere Niveau bestimmende Auflager (59) vorgesehen ist, und das die Aufnanme eines oder mehrerer
Blmdkorper (56) zwischen dem das Niveau bestimmenden Auflager und den Absorberkorpern (52, 54) in Längsrichtung des Kanals (50) einschließt, wobei besagte Blmdkorper im Vergleich zum Neutronenab- sorptionsvermogen der Absorberkorper kein oder em verringertes Neutronenabsorptionsvermogen haben.
18. Em Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem Bl dkorper (56) mit unterschiedlichem Neutronenabsorpti- onsvermogen so m dem Kanal (50) angeordnet sind, dass sich das Neutronenabsorptionsvermogen der Blmdkorper in Abwartsrichtung verringert.
19. Em Verfahren gemäß Anspruch 17 oder Anspruch 18, das die Anordnung von genügend Blindkorpern (56) zwischen den Neutronenabsorberkorpern (52. 54) und dem das Niveau bestimmenden Auflager (59) so ein- schließt, dass der Abstand zwischen den Neutronenabsorberkorpern und dem Auflager ausreicht, um das Auflager in allen seinen Betriebspositionen in einem Bereich unter dem niedrigsten Niveau des Reaktorkerns (32) halten zu können, wo die Strahlung, insbesondere der Neutronenfluss minimal oder nicht vorhanden ist.
20. Em Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem der Reaktor (30) em Druckgefaß (38) ent- halt und das verstellbare mechanische Auflager von außerhalb des Druckgefaßes betätigt wird.
21. E Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, bei dem der Reaktor (30) einen Kern (32) hat, und das eine Fuhrung der Absorberkorper (52, 54) zunehmend zum Kern oder von diesem weg auf verschiedenen Niveaus des Kerns entlang den Bohrungen (50) einschließt .
22. E Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem der Reaktor (30) einen Kern (32) und mindestens einer der Bohrungen (50) in der Regel einen länglichen Querschnitt und eine allmähliche axiale Verdrehung entlang semer Lange hat und das eine Fuhrung der Absorberkorper (54) zunehmend entlang der axialen Verdrehung des Kanals (50) einschließt.
23. Ein Reflektor (36) für einen Kernreaktor (30), der ein Kanalsystem mit einem Kanal (50) oder einer Anordnung von Bohrungen zur Aufnahme einer Säule aus aufeinander gestapelten Neutronenabsorberkorpern (52, 54) ausbildet, wobei der Querschnitt des (der) Kanals (Bohrungen) im wesentlichen dem Querschnitt der Korper entspricht, die darin aufgenommen werden sollen, mit genügend Spiel für freie Gleitbewegung der Körper in dem Kanal (den Bohrungen) .
24. Ein Reflektor (36) gemäß Anspruch 23, bei dem die Bohrungen (50) sich in der Regel in Richtung der Schwerkraft erstrecken und mindestens einige der Bohrungen in Relation zum Reaktorkern (32) unter- schiedlich gekrümmt verlaufen, so dass die Bohrungen die Absorberkorper (52, 54) zunehmend auf verschiedenen Niveaus des Kerns zu diesem hin oder von ihm weg führen und die Bohrungen in Bereichen, in denen die Aktivität des Kerns unter normalen Be- triebsbedingungen reduziert ist, axial vom Kern weg gekrümmt verlaufen.
25. Ein Reflektor (36) gemäß Anspruch 24, bei dem die unterschiedlich gekrümmt verlaufenden Bohrungen (50), Krümmungen und Mindest rummungsradien mit Bezug auf die axiale Langsstrecke der Absorberkorper (52, 54) haben, die von den Bohrungen aufgenommen werden oder aufzunehmen sind.
26. Ein Reflektor (36) gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem mindestens einige der Bohrungen (50) in der Regel einen länglichen Querschnitt und eine allmähliche axiale Verdrehung entlang ihrer Lange haben und so konfiguriert und ausgerichtet sind, dass in Bereichen, die an Teile des Kerns (32) des Reaktors (30) angrenzen, m denen bei Normalbetrieb maximaler Neutronenfluss vorliegt, die Richtung der
Querschnittslangung der Bohrungen senkrechter zur Kernachse (tangential zum Kern) ist als m Bereichen, die an Teile des Kerns mit normalerweise reduzierter Kernaktivitat angrenzen, wobei die Rich- tung der Querschnittslangung in letzteren Bereichen radialer zur Kernachse weist.
27. Em Reflektor (36) gemäß einem der Ansprüche 23 bis
26, bei dem mindestens einige der Bohrungen (50) des Kanalsystems teilweise zum Kern (32) hm offen sind, indem offene Bereiche in Form eines Schlitzes (74) oder einer Folge von Schlitzen oder Offnungen parallel zur Kernachse vorgesehen und so dimensioniert sind, dass die Absorberkorper (52, 54) im Kanal gehalten werden und im Falle eines Kugelhaufenreaktors keine Brennstoffkugeln (78) in den Kanal gelangen können und dadurch die Neutronenfluss- Exposition der Absorberkorper in Bereichen hoher Kernaktivitat erhohen.
28. Em Reflektor (36) gemäß einem der Ansprüche 23 bis
27, bei dem die Bohrungen (50) jeweils einen einheitlichen Querschnitt über die gesamte Kanallange oder zumindest entlang einer Kanalstrecke haben, m der bei Einsatz des Kernreaktors die Absorberkorper
(52, 54) wahrscheinlich untergebracht sind.
29. Em Reflektor (36) gemäß einem der Ansprüche 23 bis 28 mit einer dem Kern (32) zugewandten Seite, von der mindestens em Teil gerieft ist, um die Maßanderungen des Reflektors nach Neutronenbestrahlung auszugleichen.
30. Em Reflektor (36) gemäß einem der Ansprüche 23 bis 29, der darüber hinaus Bohrungen für den Betrieb mit einer Charge KLAKs oder ahnlich frei fließender Absorberkorper mit Durchmessern vorrangig nicht über 1/6 des kleinsten Kanaldurchmessers des Reaktors (30) einschließt.
31. Neutronenabsorber- (52, 54) und Blmdkorper (56), die innerhalb der in einem Kernreaktor (30) ausgebildeten Bohrungen (50) gleitend ineinander greifen, wobei die Blmdkorper im Vergleich zu den Absorberkorpern kein oder em verringertes Neutronenabsorptionsvermogen und besagte Korper Querschnitte haben, die im wesentlichen den Querschnitten der
Bohrungen entsprechen, in denen sie wahrend der Benutzung untergebracht sind, mit genügend Spiel für freie Gleitbewegung der Korper m den Bohrungen.
32. Korper (52, 54, 56) gemäß Anspruch 31, die sich in der Große wesentlich von KLAKs unterscheiden.
33. Korper (52, 54, 56) gemäß Anspruch 31 oder Anspruch 32, die so geformt und dimensioniert sind, dass sie in den Bohrungen (50) frei gleiten, ohne sich zu verklemmen .
34. Körper (52, 54, 56) gemäß einem der Ansprüche 31 bis 33 mit einer in axialer Längsrichtung der Bohrungen (50), in denen sie aufgenommen werden sollen, gemessenen axialen Lange, die in einem Bereich von 40 mm bis 400 mm liegt.
35. Körper (52, 54, 56) gemäß einem der Ansprüche 31 bis 34 mit einer in axialer Längsrichtung der Bohrungen (50), in denen sie aufgenommen werden sol- len, gemessenen axialen Länge, die in einem Bereich vom 1- bis 5-fachen des Durchmessers besagter Bohrungen liegt.
36. Körper (52, 56) gemäß einem der Ansprüche 31 bis 35, die einen runden Querschnitt und eine Form haben, die aus einem Kontinuum von Formen ausgewählt wird, das sich von kugelförmig über ellipsoid und fassformig bis zylindrisch mit gerundeten oder gefasten Enden erstreckt.
37. Korper (54, 56) gemäß einem der Ansprüche 31 bis 36, die in der Regel einen länglichen transversalen Querschnitt mit einer kürzeren Abmessung m einem Bereich von 20 mm bis 100 mm und einer längeren Ab- messung in einem Bereich von 100 mm bis 300 mm und eine Form haben, die aus einem Kontinuum von Formen ausgewählt wird, das sich von generell scheibenförmig über abgeflacht ellipsoid und abgeflacht fassformig bis zu einer abgeflachten zylindrischen Form erstreckt, deren Langskanten halbzylindrisch sind.
38. Korper (52, 54) gemäß einem der Ansprüche 31 bis 37, die Neutronenabsorberkorper sind und einen nicht oder schwach absorbierenden Kern besitzen, der zumindest teilweise mit einem stark Neutronen absorbierenden Stoff überzogen ist.
39. Korper (56) gemäß einem der Ansprüche 31 bis 38, bei denen es sich um Blindkorper handelt und die mit einem Neutronen re lektierenden Material (82) beschichtet oder verkleidet sind.
40. Korper (52, 56) gemäß einem der Ansprüche 31 bis 39 mit Flachen vergrößernden Oberflachenkonfigurationen auf ihren Grundformen zur Erhöhung des Absorp- tionsvermögens der Korper durch Vergrößern der spezifischen Oberflachen der Korper.
41. Korper (52, 54, 56) gemäß einem der Ansprüche 31 bis 40 mit unterschiedlichem Neutronenabsorptions- und/oder -reflektionsvermogen.
42. Graphitsteine oder -blocke (76), die so geformt, dimensioniert und konfiguriert sind, dass sie zu einem Reflektor (36) gemäß einem der Ansprüche 23 bis einschließlich 30 zusammengebaut werden können.
43. Graphitsteine oder -blocke (76) gemäß Anspruch 42 mit gerieften kernseitigen Oberflachen (77) zum Ausgleichen der Maßanderungen der Steine oder Blocke nach Neutronenbestrahlung.
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