DE2925680C2

DE2925680C2 - Auffangvorrichtung für schmelzende Brennelemente eines Atomreaktors

Info

Publication number: DE2925680C2
Application number: DE2925680A
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich 7300 Esslingen Leiste
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-06-26
Filing date: 1979-06-26
Publication date: 1981-08-27
Also published as: GB2052133A; FR2460026B1; GB2052133B; JPS5639492A; CH627869A5; SU1118300A3; FR2460026A1; DE2925680B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Auffangvorrichtung für schmelzende Brennelemente eines Atomreaktors der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art

Bei Kernreaktoren oder anderen Kernkraft-Anlagen muß verhindert werden, daß strahlendes Material in die Umgebung austritt Insbesondere muß vermieden werden, daß beim »Durchgehen« eines Kernreaktors schmelzende Brennelemente in das Erdreich absinken, weil hierdurch auf lange Dauer eine lebensbedrohende Umweltschädigung entstehen kann.

Bei einer bekannten Auffangvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, vgl. die DE-OS 26 14 187, ist die Auffangwanne, ortsfest und zentral direkt unter dem Reaktorkern angeordnet. Schmelzende Brennelemente sinken deshalb über die Rutsche direkt in die Auffangwanne bzw. auf die Spitzen von darin vorgesehenen Neutronengiftstäben. Bei den hohen möglichen Temperaturen (2800⁰C) schmelzen diese ebenfalls und werden damit unbrauchbar. Die Auffangwanne ist relativ klein und so bemessen, daß sich die geschmolzenen Reaktorkernteilchen nicht zu einer kritischen Masse vereinigen können. Reicht der kleine, in der Auffangwanne bereitgestellte Raum zur Aufnahme der schmelzenden Brennelemente nicht aus, so muß auch die Rutsche schmelzendes Material aufnehmen, was die Gefahr des Durchschmelzens und der Bildung einer kritischen Masse im Bett unter der Rutsche und der Auffangwanne mit sich bringt. Die in diesem Bett vorgesehene Ziegelauskleidung bietet ebenfalls keinen zufriedenstellenden Schutz. Alles in allem erscheint der durch die bekannte Auffangvorrichtung vorgesehene Katastrophenschutz noch nicht ausreichend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung zu schaffen, welche größtmögliche Sicherheit gegen Eindringen von spaltbarem Material in das Erdreich im Bereich eines Kernreaktors oder einer Kernkraft-Anlage bietet.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß im Falle eines zu einem Absinken der Brennelemente führenden Unfalls bzw. »Durchgehens« des Reaktors die Brennelemente zunächst von dem Reaktorfundament aufgehalten werden und erst dann über die Rutsche zu der Ablagerungsvorrichtung geführt werden, die so konzipiert ist, daß sie strahlendes Material auch dann, wenn dieses sich im Schmelzzustand befindet, sicher auffängt und derart verteilt, daß es nicht zu einer kritischen Verdichtung des geschmolzenen Materials kommen kann.

Um eine gleichmäßige Verteilung des strahlenden Materials in der Karussellwanne zu erreichen, ist diese

am Umfang ihres Bodens auf einem Kugellager gelagert und mittels eines Druckmittelantriebes in langsame Drehung versetzbar.

Die Karussellwanne muß so gestaltet sein, daß sie ein »Durchbrennen« des strahlenden Materials durch ihre s Wandung praktisch ausschließt Dies wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Karussellwanne aus einem dickwandigen korrosionsfesten Material, wie nichtrostendem Stahl, mit einer Oberflächenbeschichtuns aus Industrieporzellan besteht

Um mit Sicherheit sämtliche im Reaktorkern enthaltenen Brennelemente im Falle eines Absinkens auffangen zu können, hat die Rutsche vorzugsweise eine Breite in der Größenordnung der doppelten Breite des Reaktorkerns. Zweckmäßig führt die Rutsche von einer Stelle am Reaktor-Fundament vertikal nach unten und geht über einen gekrümmten Übergangsbereich in einen waagerechten, auf einem Umfangsbereich der Ablagerungsvorrichtung gleitend abgestützten Mündungsbereich über.

Zweckmäßig ist die Rutsche im Querschnitt wannenförmig gewölbt und besteht aus einem korrosionsfesten Material, wie nichtrostendem Stahl, mit einer Oberflächenbeschichtung aus Industrieporzellan.

Der Boden der Ablagerungsvorrichtung ist vorzugsweise bis zu etwa zwei Dritteln ihrer wirksamen Höhe mit einer Schicht aus bremsendem Material und Füllstoff, vorzugsweise aus einer homogenen Mischung von '/β Glassplittern, Ve Zement, '/β Stahlkuben als Bremselemente und Ve Schwerspat als Füllstoff belogt

Um einen zusätzlichen Schutz zu schaffen, ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgesehen, daß eine zusätzliche Schutzwanne vorgesehen ist, deren Boden sich unterhalb der Rutsche und der Ablagerungsvorrichtung erstreckt und die mit ihrem oberen Rand in Gestalt einer über die Erdoberfläche ragenden Mauer sämtliche, strahlendes Material enthaltende Bauwerke des Reaktors umschließt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Sicherheitsvorrichtung nach der Erfindung für einen Kei reaktor;

F i g. 2 eine schematische Draufsich -uf die Sicherheitsvorrichtung nach Fig. 1, wobei eine zusätzliche Schutzwanne sowie Erdreich oberhalb der Ablagerungsvorrichtung und der Rutsche nicht dargestellt ist;

F i g. 3 eine abgebrochene Teilansicht in Richtung des Pfeils III in Fig. 1.

Die gezeichnete Sicherheitsvorrichtung erstreckt sich im wesentlichen unterhalb der Bauwerke eines Kernreaktors 1 mit einem innerhalb der Kuppel 2 angeordneten Reaktorkern 3 mit Brennstäben 1. An das Fundament 5 der Reaktorkuppel 1 schließt eine zunächst vertikal nach unten verlaufende Rutsche 6 an, die über einen gekrümmten Übergangsbereich 7 in einen waagerechten Mündungsbereich 8 übergeht. Im gekrümmten Übergangsbereich ist die Rutsche 9 durch ein Fundament 9 abgestützt. Die Rutsche ist im Querschnitt wannenförmig (F i g. 3) und hat eine Breite von etwa der doppelten Breite des Reaktorkerns 3, unter dem sich der Übergangsbereich 7 flächendeckend erstreckt (F ig. 2).

Die Rutsche besteht im wesentlichen aus einer b5 Grundlage 10 aus etwa 10 cm dickem, nichtrostendem Stahl, auf dem eine etwa ebenfalls 10 cm dicke Schicht 11 aus hartem Industrieporzellan aufgetragen ist, die mehrfach glasiert ist

Der waagerechte Mündungsbereich 8 der Rutsche ist mit seiner Unterseite über ein Gleitlager 12 auf dem hochstehenden Rand 13 einer Karussellwanne 14 abgestützt Diese Karussellwaroe 14 ist am Umfang ihres Bodens 15 über ein Spezialkugellager 16 auf einem Fundamentring 17 drehbar gelagert und über eine Hydraulikanlage 18 in langsame Drehung versetzbar.

Bei einem Ausführungsbeäspiel hat der hochstehende Rand 13 eine Höhe von 3 m, und der Boden 15 hat einen Durchmesser von vier mal der Länge der Brennstäbe 4.

Auch die Karussellwanne 14 hat eine Grundlage 19 aus etwa 10 cm starkem, nichtrostendem Stahl, der mit einer Oberflächenschicht 20 aus hartem Industrieporzellan beschichtet ist Diese Schicht 20 ist doppelt so oft glasiert wie die Schicht 11 der Rutsche 6.

Der Innenraum der Karussellwanne 14 ist bis zu etwa zwei Drittel seiner Höhe mit einer homogenen Mischung von '/β Glassplittern, ²/e Zement, '/β Stahlkuben mit Abmessungen von 10 χ 10 cm als Bremselemente und Ve Schwerspat als Füllstoff ausgefüllt Die Mischung ist ungebunden und vor Feuchtigkeit geschützt. Ihre Oberfläche ist in F i g. 1 mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet.

Zweck dieser Mischung ist es, im Katastrophenfall über die Rutsche 8 ankommende Bremselemente sicher abzubremsen, vor einem weiteren Absinken zu bewahren und außerdem radioaktive Strahlung aufzufangen.

Die Karussellwanne 14 ist über einen Zugang 22 von der Erdoberfläche 23 her über einen Raum zugänglich, der ebenfalls durch eine Kuppel 24 von der Umgebung abgeschirmt ist. In diese Kuppel ist auch ein Absaugrohr 25 hochgeführt, das zum Absaugen von radioaktiven Gasen dient.

Diese können dann von der oberen Mündung 26 des Absaugrohres zu einer sicheren Lagerung abgeführt werden, beispielsweise in mit Schwerspat oder dgl. ausgekleideten, druckdichten Gasbehältern.

Sämtliche gezeigten Bauwerke einschließlich der Sicherheitsvorrichtungen sind zum zusätzlichen Schutz von einer Schutzwanne 27 mit einem unterhalb der Karussellwanne 14 sich erstreckenden Wannenboden 28 und einer geschlossenen Seitenwand 29 umgeben, die bis über die Erdoberfläche 23 in Form einer Umschließungsmauer 30 beispielsweise bis in eine Höhe von 2 m über die Erdoberfläche 23 hochragt und somit sämtliche, strahlendes Material enthaltenden Bauwerke der Kernkraftanlage umgibt. Die Schutzwanne besteht aus Schwerspat-Beton und hat eine Wandstärke von 1 bis 2 m. Zweckmäßig ist ihr Boden mit der gleichen homogenen Mischung aus Bremselementen und Füllstoff bedeckt, wie sie oben für die Karussellwanne 14 beschrieben ist.

Um auch jegliches oberirdisches Entweichen von radioaktivem Material zu vermeiden, sollten Ein- und Ausgänge sowie Zufahrten über die Schutzmauer 30 in Form von Treppen oder Rampen hinwegführen.

Während die Rutsche 10 und die Karussellwanne 14 mit vertretbarem Aufwand bei bereits bestehenden Kernreaktoren vorgesehen werden können, dürfte der Aufwand für das nachträgliche Vorsehen einer Schutzwanne 27 nicht mehr wirtschaftlich vertretbar sein. Die Schutzwanne kommt also insbesondere für Neubauten in Betracht.

Im Katastrophenfall mit absinkenden Brennelementen oder insgesamt absinkendem Reaktorkern 3 werden die Brennelemente sanft von der Rutsche 6 aufgefangen und vom Mündungsbereich 8 gleichmäßig verteilt auf

die Oberfläche 21 in der im Katastrophenfall beispielsweise automatisch in Drehung versetzten Karussellwanne 14 gleichmäßig verteilt abgelegt. Dort können die Brennelemente ohne Behinderung von Reparaturarbeiten im Reaktor 1 bis zum Abtransport verbleiben.

Eine nicht gezeigte, dem Absaugstutzen 25 zugeordnete Absaugvorrichtung wird im Katastrophenfall ebenfalls eingeschaltet, sofern festgestellt wird, daß sich radioaktive Gase entwickeln, sei es im Raum innerhalb der Kuppel 2 oder oberhalb der mit den exorbiten Brennelementen bedeckten Oberfläche 21 der Karussellwanne 14. Solche Gase werden dann in einen gesicherten Raum bzw. unmittelbar in strahlengeschützte Gasbehälter abgesaugt und abtransportiert. Der Absaugstutzen 25 ist nur hydraulisch oder mechanisch und nicht elektrisch offenbar und verschließbar, un Explosionsgefahr zu vermeiden. Er ist zum Vermeide: des Entweichens jeglichen Gases mit einer Absicheruiij versehen, die nach jeder Entnahme zu betätigen isi

ο vorzugsweise automatisch.

Es bedarf für den Fachmann keiner näheren Angäbet zur Gestaltung der Rutsche derart, daß herabrutschendi Brennelemente auf der Rutsche 6 die notwendig« Geschwindigkeit erhalten, um im Mündungsbereich 1

κι mit einer zum Fallen in die Karussellwanne 1' ausreichenden Geschwindigkeit anzukommen.

Die Rutsche ist ferner so gestaltet, daß sie bein Absinken kugelartig zerstäubendes Kernplasma auffan gen und tropfen- oder kugelförmig in die Karussellwan

i^r> ne fallen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Auffangvorrichtung für schmelzende Brennelemente eines Atomkernreaktors, mit einer unterhalb des Reaktorkernes angeordneten Rutsche, deren Flächenausdehnung mindestens der Grundfläche des Reaktorkerns entspricht und zu einer unterhalb des Reaktorfundaments horizontal angeordneten, ausreichend großflächigen Auffangwanne für die abgesunkenen Brennelemente führt, wobei die Rutsche oberhalb des hochstehenden Randes der Auffangwanne mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (14) drehbar und exzentrisch zum Reaktorkern (3) gelagert ist

2. Auffangvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (14) am Rand ihres Bodens (15) auf einem Kugeliager (16) gelagert und mittels eines Druckmittelantriebes (18) in langsame Drehung versetzbar ist.

3. Auffangvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (6) aus einem dickwandigen korrosionsfesten Material (19), wie nichtrostendem Stahl, mit einer Oberflächenbeschichtung (20) aus Industrieporzellan besteht.

4. Auffangvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutsche (6) eine Breite in der Größenordnung der doppelten Breite des Reaktorkerns (3) hat

5. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutsche (6) von einer Stelle am Reaktor-Fundament (5) vertikal nach unten verläuft und über einen gekrümmten Übergang (7) in einen waagerechten, auf einem hochstehenden Rand (13) der Auffangvorrichtung (14) gleitend abgestützten Mündungsbereich (8) übergeht, derart, daß über die Rutsche herabrutschendes Material selbsttätig in die Auffangvorrichtung (14) fällt. to

6. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutsche (6) im Querschnitt wannenförmig gewölbt ist.

7. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutsche (6) aus einem korrosionsfesten Material (10), wie nichtrostendem Stahl, mit einer Oberflächenbeschichtung(ll) aus Industrie-Porzellan besteht.

8. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (15) der Auffangvorrichtung (14) mit einer Schicht (21) aus bremsendem Material und Füllstoff belegt ist.

9. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (21) aus bremsendem Material aus einer homogenen Mischung von '/6 Glassplittern, Ve Zement, '/e Stahlkuben als Bremselemente und 2/e Schwerspat als Füllstoff gebildet ist und etwa zwei Drittel der wirksamen Höhe der Auffangvorrichtung bedeckt, eo

10. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die unterirdisch angeordnete Auffangvorrichtung (14) über einen geschützten oberirdischen Zugang (22) erreichbar ist.

11. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesicherter Absaugstutzen (25) zum kontrollierten Abführen von Gasen aus dem Auffangbereich vorgesehen ist

12. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Schutzwanne (27) vorgesehen ist, deren Boden (28) sich unterhalb der Rutsche (6) und der Auffangvorrichtung (14) erstreckt und die mit ihrem oberen Rand in Gestalt einer über die Erdoberfläche ragenden Mauer (30) sämtliche, strahlendes Material enthaltende Bauwerke des Reaktors umschließt