CORE SUPPORT RELIEVED OF THERMAL STRESSES FOR A LIQUID METAL-COOLED NUCLEAR REACTOR

Abstract: 1. A liquid metal-cooled core reactor of the so-called pool type a) having a grid plate (8) which carries the reactor core (5) and which rests on a core-supporting structure (15) which is supported on the base of the reactor tank (1), b) a space surrounded by the core-supporting structure (15) and which is connected to the suction chamber of the cooling medium pumps (9) which contains cooled cooling medium, c) a collecting device which serves to receive a cooling medium sub-stream which serves to hold down the core elements (6, 7) in the grid plate (8), and the walls of which device do not form part of the core-supporting structure (15), d) a cooling medium space which extends from the collecting device to those regions of the wall of the reactor tank (1) which are to be cooled, _c_h_a_r_a_c_t_e_r_i_s_e_d_ _i_n that e) the core-supporting structure (15) contains openings (16) to the suction chamber of the cooling medium pumps (9) which contains cooled cooling medium, f) a special collecting vessel (12) is connected to the collecting device, and g) cooling medium pipelines (13) extend from the collecting vessel (12) to those regions of the wall of the reactor tank (1) which are to be cooled.

Description: Flüssigmetallgekühlter Kernreaktor mit von Wärmespannungen entlasteter Kerntragstruktur Die vorliegende Erfindung betrifft einen flüssig metallgekühlten Kernreaktor des sogenannten Pool Typs nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Ein derartiger Reaktor ist zur Zeit in Frankreich unter der Bezeichnung "Su?er-Phénix" im Bau. Bei dieser Bauart befindet sich das gesamte Primärsy stern aus Reaktorkern, Wärnetauscnern, Pumpen usw. in einem in seinem oberen Teil zylindrischen Behälter, der bis zur erforderlichen Höhe mit flüssigem Natrium gefüllt ist. Dabei errecht das aus dem Reaktorkern aufgeheizt austretende Kühlmittel Temperaturen (z. B. von 550 C)denen die Wand des Reaktortanks aus Festigkeitsgründen nicht ausgesetzt werden darf. Es sind daher zusätzliche Trennwände vorhanden, die vom abgetrennten unteren Teil des Reaktortanks (wo infolge der Abkühlung des Kühlmittels in den Wärmetauschern eine niedrigere Temperatur herrscht - dem sogenannten kalten Sammler) bis über den Kühlmittelspiegel reichen. In dem so gebildeten schmalen Ringraum wird eine Strömung von abgekühltem Kühlmittel aufrechterhalten, das die Reaktortankwand auf zulässigen Temperaturwerten (ca. 400 OC) hält. Es ist bereits bekannt, dieses Kühlmittel aus einem verhältnismässig kalten Reservoir zu entnehmen, das sich unterhalb der Gitterplatte befindet, in der die Kernelemente stehen und die deren Beaufschlagung mit Kühlmittel sicherstellt und das von einem Kühlmittel strom gespeist wird, der der hydraulichen Niederhaltung der Kernelemente dient und einige Prozent des gesamten Kühtmitteldurchsrtzes ausmacht. Gebildet wird dieses Reservoir an seiner Unterseite durch den Boden des Reaktortanks, seitlich durch einen umlaufenden, zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Mantel und an seiner Oberseite durch eine kreisförmige, mit Öffnungen für den Durchtritt des Kühlmittels versehene Platte; diese öffnungen korrespondieren mit entsprechenden Öffnungen der Gitterpiat- te. An seinem unteren Rand weist der Mantel der Kerntragstruktur Schlitze auf, die mit dem oben erwähnten Ringraum zwischen den zusätzlichen Trennwänden und der Reaktortankwand in Verbindung stehen. Die Menge des in diesem Reservoir enthaltenen Kühlmittels ist so gross, dass ein Austausch derselben bei dem verhältnismässig geringen Durchsatz längere Zeit in Anspruch nimmt und sich plötzlich auftretende Temperaturänderungen im Kühlmittelstrom trotz der bekannt guten Wär:neübertragungseigenschaften von Flüssigmetallen nur langsam der ganzen Kühlmittelmenge bzw. den sie einschlie#enden Strukturen mitteilen. Andererseits würden sich bei Störungen im Betrieb des Kernreaktors (z. B. einem angenommenen Ausfall der Wärmeabfuhr über die Kühlkreisläufe und dem damit einhergehenden Temperaturanstieg im Kühlmittel) beispielsweise die Gitterplatte und die Deckelplatte des Reservoirs verhältnismässig schnell aufheizen, während sich die Temperaturerhöhung den anderen Teilen der Kerntragstruktur und der Reaktortankwand nur sehr langsam mitteilen wird. Es muss dann mit dem Auftreten erheblicher Spannungen insbesondere in der Kerntragstruktur, einer verhält nismä@ig steilen, .-errippten Konstruktion gerechnet t4er Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Abwandlung des zur Tankwandkühlung verwendeten Kühlmit teikreislau#es derart, dass nur solche Teile von schnellen Temperaturerhöhungen betroffen werden, die von ihrer Masse und Gestalt her besser geeignet sind, die dann entstehenden Wärmespannungen auszugleichen. Die lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs genannten Mittel. Die Kerntragstruktur kann mit grösseren öffnungen hergestellt werden, durch die hindurch ein schnellerer Ausgleich von anormalen Temperaturdifferenzen zwischen den Kühlmittelmengen im kalten Sammler und unc ivon der Kerntragstruktur umschlos- seiner Raum stattfinden kann. Die Wärmespannungen in der c:mehin durch die Lastabtragung des Reaktorkerns stark belasteten Kerntragstruktur werden so vermindert. Für die Aufnahme des zunächst der hydraulischen Niederhaltung der Kernelemente in der Gitterplatte dienenden Kühlmitteiteilstromes bedarf es dann eines besonderen, kleineren Behälters, der durch an sich flexiblere Rohrleitungen einerseits mit der Gitterplatte und andererseits mit dem der Tankwandkühlung dienenden Ringspalt verbunden ist. Immerhin sollte die Grösse des Behälters so gross gewählt werden, dass er eine gewisse Pufferfunktion bei Temperaturschwankungen im Kühlmittel erfüllen kann und noch für eine längere Zeit kaltes Natrium für die Kühlung der Reaktortankwand zur Verfügung steht, nachdem etwa s.rSa1lsedingt die Temperatur im kalten Sammler auestreren ist. Ein Ausführngsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar im Längsaxialschnitt. In einem Reaktortank 1,#der bis zu einem Betriebsspiegel 2 mit flüssigem Natrium angefüllt ist und nach oben durch einen Deckel 3 mit eingesetzten Drehdeckeln 4 abgeschlossen ist, ist ein Reaktorkern 5 angeordnet, der aus einzelnen Brennelementen 6 und weiteren Elementen, z.B. Reflektorelementen 7 aufgebaut ist, von denen nur einzelne gezeigt sind. Die verschiedenen Elemente stecken in Öffnungen einer hohlen Gitterplatte 8. In diese fliesst das von Pumpen 9 in Umlauf versetzte Kühlmittel, tritt in die Elemente ein und strömt zum grössten Teil aufwärts durch diese in den oberen Teil des Reaktortanks 1, wobei die in den Brennelementen 6 erzeugte Wärme abgeführt wird. In die Kühlmittelfüllung eintauchende Zwischenwärmetauscher 10 führen die Wärme an einen Sekundärkreislauf ab Ein kleiner Teil des in die Elemente 6, 7 eintretenden Kühlmittelstromes wird nach unten abgelenkt, bewirkt die hydraulische Niederhaltung der Elemente in der Gitterplatte 8 und fliesst über Sam-.,el- rohre 11 in einen unterhalb des Kernverbandes angeordneten Sammelbehälter 12. Von hicr aus wird das Kühlmittel über weitere Leitungen 13 in Ringräume geleitet, die durch die Reaktortankwand 1 und durch parallel dazu angeordnete zusätzliche Trennwände 14 gebildet werden. Da es sich dabei um kaltes, aus den Pumpen 9 kommendes Kühlmittel handelt, wird die Reaktortankwand in den betref enden ererchen gekühlt und vor der Einwirkung des im oberen Teil des Reaktortanks befindlichen, aufgeheizten mittels bewahrt. Die die Gitterplatte 8 und damit den gesamten Reaktorkern 5 tragende, sich auf dem Boden des Tanks 1 abstützende Struktur 15 ist mit zahlreichen grossen Öffnungen 16 versehen, durch die hindurch die von ihr umschlossene Kühlmittelmenge mit derjenigen in Verbindung steht, die den sogenannten kalten Sammler" des Reaktortanks 1 füllt. Dieser ist durch Schalen 17 vom oberen, "heissen Sammler" getrennt, die mit weiteren Öffnungen 18 für die hindurchragenden Pumpen 9 und Zwischenwärmetauscher 10 versehen sind. Steigt, beispielsweise bei einem unterstellten Ausfall der Zwischenwärmetauscher 10, die Temperatur des Kühlmittels im kalten Sammler des Reaktortanks 1 an, so teilt sich dieser Temperaturanstieg der Gitterplatte 8 und den mit ihnen verbunden Leitungen 11, 13 sowie dem Sammelbehälter 12 wegen derer kleinen Massen verhältnismässig schnell mit; wegen ihrer konstruktionsbedingten Elastizität werden die dadurch auftretenden Spannungen gut abgebaut. Gleiches gilt auch für die Kerntragstruktur 15, da sich der von ihr umschlossene Raum über die öffnungen 16 schneller dem Temperaturniveau der restlichen Kühlmittelfüllung anpassen wird.

Claims: Flüssigrnetaligekühlter Kernreaktor mit von Wärme spannungen entlasteter #erntragstruktur Patentanspruch Flüssigmetallgekühlter Kernreaktor des sogenannten Pool-Typs mit einer den Reaktorkern (5) tragenden Gitterplatte (8), die auf einer sich auf dem Boden des Reaktortanks (1) abstützenden Kerntragstruktur (15) ruht, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Der von der Kerntragstruktur(15) umschlossene Raum steht über Öffnungen (16) mit dem abgekühl tes Kühlmittel enthaltenden Saugraum der Kühl :nittelpumpen (9) (dem sogenannten "kalten Samm ler") in Verbindung. b) Zur Aufnahme eines in an sich bekannter Weise der Niederhaltung von Kernelementen (6, 7) in der Gitterplatte (8) dienenden Kühlmittelteil stromes ist ein besonderer Sammelbehälter (12) vorhanden, dessen Wände nicht Teil der Kerntrag struktur (15) sind. c) Von dem Sammelbehälter (12) erstrecken sich Kühl mittelleitungen (13) bis zu den zu kühlenden Be reichen der Reaktortankwand (1).

Inventors: WAGNER, JURGEN, DIPL.-ING., Wagner, Jürgen, Dipl.-Ing.
Applicants: INTERATOM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1985
Main classification: G21C1
IPC codes: G21C15, G21C1