DE69603735T2

DE69603735T2 - Wärmeschutz für einen kernreaktorbehälter

Info

Publication number: DE69603735T2
Application number: DE69603735T
Authority: DE
Inventors: Arnold Fero; Roger Schreiber; James Sejvar
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2016-05-16
Also published as: WO1997003448A1; US5699394A; CN1193407A; KR100450811B1; EP0838077B1; DE69603735D1; JP3976338B2; ES2135902T3; KR19990028912A; JPH11509319A; CN1121043C; EP0838077A1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schaffen einer Wärmeisolierung in einem Kernreaktor, während sie gleichzeitig ermöglicht, daß der Reaktorbehälter im Fall eines schweren Unfalls, in welchem das Kernmaterial schmilzt, passiv mit Kühlwasser umschlossen wird.

Hintergrundinformation

Der Reaktorbehälter einer Kernreaktoranlage muß mit einem biologischem Schild versehen sein, um das Personal und den umgebenden Bereich vor dem hohen Neutronenfluß und der Strahlung zu schützen, die durch die Spaltreaktionen innerhalb des Reaktorkerns erzeugt werden. Typischerweise wird dieser biologischer Schild in kommerziellen Kernreaktoranlagen durch eine Massive Betonkonstruktion innerhalb des Umfassungsgebäudes gebildet, die eine Kammer bildet, in welcher der Reaktorbehälter mittels Trägern unter seinen Einlaßstutzen aufgehängt ist. Um die Betonwände der Reaktorkammer vor den hohen Temperaturen zu schützen und für die termische Effizienz des Prozesses ist der Reaktorbehälter mit einer Wärmeisolierung versehen. Typischerweise ist die Wärmeisolierung direkt auf die Außenfläche des Reaktorbehälters aufgebracht. Dies erfordert das Abnehmen der Wärmeisolierung für die periodische Inspektion der Behälterschweißnähte. Die US-A-5 268 944 schlägt eine Anordnung vor, bei welcher eine achteckige Konfiguration von Isolierplatten um den stehenden zylindrischen Reaktorbehälter angeordnet wird, um einen Zwischenraum zu schaffen, in welchem fernbetriebenes Prüfgerät die Schweißnähte ohne Abnehmen der Isolierung überwachen kann.
Zusätzlich zu dieser Wärmeisolation ist es üblich, Kühlluft über die Wände der Reaktorkammer zu zirkulieren. Diese Kühlluft strömt seitwärts durch die Behälterträger aus der Reaktorkammer aus.
Die US-A-5 343 506 beschreibt ein Kühlsystem zur Verwendung mit einer Kernauffangvorrichtung. Diese wird im Falle einer Kernschmelze durch einen Reaktorbehälter hindurch eingesetzt. Das Kühlsystem umfaßt ein Wasserrohr, das in seinem Ende einen schmelzbaren Metallstopfen enthält. Im Falle einer Kernschmelze schmilzt die hohe Hitze in der Kammer den Stopfen im Ende des Rohrs, das deshalb Kühlwasser in die Kammer eintreten läßt. Die Erwerberin dieser Erfindung hat eine Konstruktion für eine Kernreaktoranlage entwickelt, die mit passiven Schutzsystemen ausgestattet ist, das sind Systeme, die keine menschliche Einwirkung erfordern, um auf abnorme Bedingungen im Betrieb des Reaktors zu reagieren. Dabei wurde neuerdings dem passiven Reagieren auf einen ernsten Unfall Beachtung geschenkt, der als Abschmelzen des Reaktorkerns definiert wird. Es wurde festgestellt, daß die Integrität des Reaktorbehälters aufrecht erhalten werden kann, wenn der Behälter in Kühlwasser eingetaucht werden kann, das frei verdampfen und die Wärme als Dampf abführen kann. Eines der gegenwärtig verfügbaren passiven System benutzt das große Volumen von Brennstofferneuerungswasser, das im Reaktorgebäude zum Fluten der Reaktorkammer bereitgehalten wird. Für einen schweren Unfall, bei welchem der Kern des Reaktors abschmilzt, ist es wesentlich, daß das große Kühlwasservolumen direkt zum Behälter zugeführt wird.
Es besteht daher ein Bedarf für eine Vorrichtung, die auf einen schweren Unfall reagieren und den Reaktorbehälter passiv direkt in Kühlwasser eintauchen kann, das frei verdampfen und aus der Reaktorbehälterkammer austreten kann.
Es besteht außerdem ein Bedarf, die Wärmeisolierung des Reaktorbehälters weiter bereit zu stellen, um die Betonwände der Reaktorkammer zu schützen.
Es besteht außerdem ein Bedarf zur gleichzeitigen Berücksichtigung aller obigen Notwendigkeiten in wirtschaftlicher und zuverlässiger Weise ohne Notwendigkeit eines menschlichen Eingriffs.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Wärmisolierung eines Reaktorbehälters vorgesehen, der in einer Kernreaktoranlage in einer Reaktorkammer aufgehängt ist, wobei die Vorrichtung aufweist: Eine wärmeisolierende Sperre innerhalb der Reaktorkammer, welche den Reaktorbehälter umschließt, jedoch einen Abstand davon hat, um eine. Kammer zwischen der wärmeisolierenden Sperre und dem Reaktorbehälter zu bilden, und gekennzeichnet durch: Kühlmittel unter dem Reaktorbehälter zum Einleiten von Kühlwasser in die genannte Kammer zum Kühlen des Reaktorbehälters im Falle eines schweren Unfalls und zum Freisetzen von Dampf, der in der genannten Kammer durch Verdampfen des Kühlwassers erzeugt wird.
Die Vorrichtung ermöglicht die direkte Zuführung von Kühlwasser zum Reaktorbehälter und das Entweichen des resultierenden Dampfs, der während eines schweren Unfalls produziert wird. Eine wärmeisolierende Sperre umschließt den in der Reaktorkammer aufgehängten Reaktorbehälter, hat aber einen Abstand von diesem. Die wärmeisolierende Sperre hat auch einen Abstand von den Wänden der Reaktorkammer, so daß die Kühlluft während des normalen Betriebs entlang der Wände zirkuliert werden kann. Bei einem schweren Unfall wird Kühlwasser in die zwischen dem Reaktorbehälter und der wärmeisolierenden Sperre gebildete Kammer durch Kühlmittel eingeleitet, die vorzugsweise passive Mittel umfassen, die auch den durch Verdampfung des Kühlwassers durch den heißen Reaktorbehälter gebildeten Dampf am oberen Ende der wärmeisolierenden Sperre freisetzen. Die passiven Mittel umfassen erste Ventilmittel, die in einem Stutzen im unteren umgekehrt konischen Teil der wärmeisolierenden Sperre vorgesehen sind. Diese ersten Ventilmittel umfassen ein oder mehrere Ventilteile mit ausreichendem Gewicht, um auf Ventilsitzen sitzen zu bleiben und den Eintritt von Kühlluft in die Kammer während des normalen Betriebs zu blockieren, die aber schwimmfähig sind und von den Ventilsitzen weggeschwemmt werden, wenn Kühlwasser in die Reaktorkammer in Reaktion auf einen schweren Unfall eingeleitet um das Kühlwässer in den Kammerraum um den Reaktorbehälter einzuleiten.
Die passiven Mittel umfassen auch zweite Ventilmittel am oberen Ende des oberen zylindrischen Teils der wärmeisolierenden Sperre, die durch den Dampf zum Entlüften des Kammerraums geöffnet wird. Die zweiten Ventilmittel umfassen ein bistabiles Ventilteil, das durch den Dampfdruck aus einer geschlossenen Position in eine offene Position bewegt wird. Vorzugsweise ist das bistabile Ventilteil um eine horizontale Achse nahe seines unteren Endes und ist an einer Seite der Vertikalen in der Schließstellung positioniert und wird durch den Dampfdruck betätigt, um durch die Vertikalposition in die Offenstellung zu gelangen, wo es verbleibt, bis es zurückgesetzt wird.
Ein Neutronenschild, beispielsweise ein abnehmbarer modularer Schild, kann um den Behälter angrenzend an das obere Ende der Reaktorkammer und unterhalb der Stutzen verlaufen. Dieser abnehmbare modulare Neutronenschild hat an seinem inneren Rand eine nach oben und auswärts schräg verlaufende Fläche, die der nach außen schräg verlaufenden Fläche des Behälters unterhalb der Stutzen zugewandt, aber davon beabstandet ist, um einen Labyrinthpfad zu bilden, der aus dem Raum zwischen den Wänden der Reaktorkammer und der wärmeisolierenden Sperre herauszuführen. Dies Anordnung ermöglicht den Austritt der Kühlluft während des normalen Betriebs und des Dampfs während eines schweren Unfalls, deren gleichzeitig der Neutronenfluß verringert wird.
Vorzugsweise verläuft das obere Ende der wärmeisolierenden Sperre unterhalb des Neutronenschilds schräg aufwärts und einwärts. Zweckmäßigerweise sind die zweiten bestabilen Ventilmittel zum Freisetzen von Dampf, der in der Kammer zwischen der wärmeisolierenden Sperre und dem Reaktorbehälter gebildeter wird, in dieser schrägen Fläche gelegen.
Gemäß der Erfindung schafft die wärmeisolierende Sperre eine Wärmerückhaltung für den Reaktorbehälter und eine Luftkühlung der Reaktorkammerwände während des normalen Betriebs. Bei einem schweren Unfall sorgt sie für eine direkte Wasserkühlung des Reaktorbehälters und eine Freisetzung des erzeugten Dampfs.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ein volles Verständnis der Erfindung erhält man aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen, in welchen zeigt:
Fig. 1 eine vertikale Schnittdarstellung durch eine Kernreaktoranlage, bei welcher die Erfindung verwirklicht ist,
Fig. 2 in der oberen Hälfte oberhalb der strichpunktierten Linie eine Draufsicht von oberhalb die Rohrstutzen der Reaktoranlage nach Fig. 1, und die untere Hälfte zeigt eine Draufsicht unterhalb der Rohrstutzen,
Fig. 3 eine Teildarstellung des unteren Teils von Fig. 1 in größerem Maßstab, wobei das Ventil dargestellt ist, das Kühlwasser in den Raum zwischen der wärmeisolierenden Sperre und dem Reaktorbehälter eintreten läßt,
Fig. 4 eine Teildarstellung in größerem Maßstab, welche das Ventil darstellt, das Dampf aus dem Raum zwischen dem Reaktorbehälter und der wärmeisolierenden Sperre austreten läßt, und wobei außerdem die Neutronenabschirmung unterhalb des Rohrstutzen des heißen Schenkels dargestellt ist,
Fig. 5 einen Querschnitt durch die Reaktoranlage nach Fig. 1 längs der Linie 5-5,
Fig. 6 einen Querschnitt der Reaktoranlage nach Fig. 1 längs der Linie 6-6,
Fig. 7 eine Teilansicht, welche die Detailkonstruktion der wärmeisolierenden Sperre gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 8 eine Teildarstellung eines Teils der Neutronenabschirmung unterhalb der Rohrstutzen der kalten Schenkel in größerem Maßstab.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt die relevanten Teile einer Kernreaktoranlage 1 in Form eines fortgeschrittenen Druckwasserreaktors. Der Reaktor weist einen stehenden zylindrischen Behälter 3 auf, der ein halbkugeliges unteres Ende 5 hat. Der Reaktorbehälter 3 enthält einen Kern 7 aus spaltbarem Material. Wie bekannt ist, wird Reaktorkühlmittel in Form von Leichtwasser durch den Kern zirkuliert. Das heiße Kühlmittel wird durch Heißschenkel-Rohrstutzen 9 zur Zirkulation durch einen Dampferzeuger (nicht dargestellt) ausgeleitet, der die Wärme im Kühlemittel zur Erzeugung von Dampf für einen Turbinengenerator (ebenfalls nicht dargestellt) ausnutzt. Das Kühlmittel wird durch Kaltschenkel-Rohrstutzen 11 in den Reaktorbehälter 3 zurückgeleitet. Die beispielsweise Anlage ist eine Zweischenkel-Anlage, das heißt der einzige Reaktor liefert erwärmtes Kühlmittel für zwei Dampferzeuger. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist jede Schleife einen heißen Schenkel 13, der mit einem Heißschenkel-Rohrstutzen 9 verbunden ist, und zwei kalte Schenkel 15 auf, die mit Kaltschenkel-Rohrstutzen 11 verbunden sind. Während Fig. 2 nur die Rohrstutzenanordnung für eine Schleife zeigt, sind die entsprechenden Rohrstutzen für die andere Schleife diametral gegenüberliegend.
Der Reaktorbehälter 3 ist auf vier Trägern 17 abgestützt, auf welchen die Kaltschenkel-Rohrstutzen 11 ruhen, während der Behälter in einer Reaktorkammer 19 hängend angeordnet ist. Die Rohrstutzenkammer 20, in welcher der Reaktorbehälter abgestützt ist, ist quadratisch, während die Reaktorkammer 19 in der Draufsicht achteckig ist. Die Reaktorkammer 19 ist durch eine massive Betonkonstruktion 21 gebildet, die eine biologische Abschirmung herstellt, die sowohl das Personal als auch benachbarte Konstruktionen und Ausrüstung vor dem hohen Neutronenfluß und der im Kern 7 des Reaktors erzeugten Strahlung schützt.
Der Reaktorbehälter 3 ist mit einer unteren wärmeisolierenden Sperre 23 versehen, die einen etwa zylindrischen oberen Teil 25 und einen trichterförmigen unteren Teil 27 aufweist. Die Wärmesperre 23 ist vom Reaktorbehälter 3 beabstandet, um eine Kammer 29 zu bilden. Die Wärmesperre 23 isoliert den Reaktorbehälter 3 für thermische Effizienz und schützt außerdem die Betonwände 31 der Reaktorkammer 19 vor der hohen Temperatur der Außenfläche des Reaktorbehälters. Zusätzlich strömt Kühlluft, die am Boden der Reaktorkammer 19 durch einen Tunnel 33 eingeleitet wird, längs der Wände 31 durch den Raum 37 zwischen den Wänden und der wärmeisolierenden Sperre 23 nach oben, wie durch den Pfeil 35 gezeigt ist. Der Austrittspfad für die Luft wird unten noch mehr im einzelnen erörtert.
Im Fall eines Kühlmittelverlustunfalls (LOCA) wird Kühlwasser durch einen Kühlwassertunnel 39 in die Reaktorkammer 19 eingeleitet. Im Falle eines schweren Unfalls, wo der Kern 7 schmilzt und sich auf dem halbkugeligen unteren Ende 5 des Reaktorbehälters absetzt, ist es wesentlich, daß Kühlwasser in direkte Berührung mit dem Reaktorbehälter 3 kommt. Andererseits sollte unter unfallfreien Bedingungen die Kühlluft nur entlang der Kammerwände 31 strömen und keinen Kontakt mit dem Reaktorbehälter 3 haben. Daher ist eine passive Ventilausrüstung 41 vorgesehen, um den Eintritt von Luft in den Raum 29 zu blockieren, aber das Einleiten von Kühlwasser zu ermöglichen. Die hohe Temperatur des Reaktorbehälters bewirkt, daß das Kühlwasser verdampft, und folglich muß die passive Ventilausrüstung auch dafür sorgen, daß der Dampf entweichen kann. Daher umfaßt die passive Ventilausrüstung 41 ein erstes Kerneinlaßventil 43, das in einem Rohrstutzen 45 am unteren Ende des trichterförmigen Teils 27 der wärmeisolierenden Sperre 23 montiert ist. Kühlwasser erreicht das Einlaßventil 43 durch Öffnungen 47 in einer zylindrischen Schürze 49, welche den trichterförmigen Teil 27 trägt. Eine Wärmeisolierung 51 ist vorgesehen, um den Betonboden der Reaktorkammer 19 vor der hohen Temperatur des Reaktorbehälters zu schützen. Das Ventil 43 ist in Fig. 3 mehr im einzelnen dargestellt. Dieses Ventil umfaßt eine Mehrzahl von vorzugsweise kugeligen Ventilelementen 53, die aufgrund der Scherkraft auf Ventilsitzen 55 sitzen. Die Ventilelemente 53 haben ausreichend großes Gewicht, daß sie durch die Kühlluftströmung 35 nicht von den Ventilsitzen 55 abgehoben werden. Jedoch sind die Ventilelemente 53 schwimmfähig und werden durch den ansteigenden Pegel von in die Reaktorkammer 19 eingeleitenden Kühlwasser von den Ventilsitzen abgehoben. Die Ventilelemente 53 werden durch Käfige 57 mit den betreffenden Ventilsitzen fluchtend gehalten. Der gesammte Einlaßquerschnitt dieser Ventile ist grundsätzlich so bemessen, daß ein vernachlässigbarer Druckabfall über dem Ventil 43 aufrechterhalten wird. Als Ergebnis ist im wesentlichen keine Nettokraft auf die wärmeisolierende Sperre 33 vorhanden, die aus Unterschieden des statischen Wasserdrucks innerhalb und außerhalb der Sperre resultiert.
Das in den Raum 29 durch das Einlaßventil 43 eintretende Kühlwasser absorbiert Wärme vom Reaktorbehälter 3 durch Erzeugung von Dampf, der entlüftet werden muß. Zu diesem Zweck umfaßt die passive Ventilausrüstung 41 zweite Auslaßventile 59, die nahe dem oberen Ende des zylindrischen oberen Teils 25 der wärmeisolierenden Sperre 23 angeordnet sind. Wie aus der linken Seite der Fig. 1 ersichtlich ist, hat der obere Teil der wärmeisolierenden Sperre 23 einen Querschnitt 61, der sich nach oben und einwärts zum Reaktorbehälter hin verjüngt. Sieht man nun wieder auf die vergrößerte Teilansicht nach Fig. 4, ist ersichtlich, daß in Teilen dieses verjüngten Abschnitts 61 Öffnungen 63 vorgesehen sind, die eine Verbindung zwischen dem Raum 29 zwischen dem Reaktorbehälter und der wärmeisolierenden Sperre 23 und dem Raum 37 zwischen der wärmeisolierenden Sperre und den Wänden 31 der Reaktorkammer 19 herstellen. Die Auslaßventile 59 weisen jeweils ein Klappenventilelement 65 auf, das um ein unteres Ende um eine horizontale Scharnierachse 67 schwenkbar ist. Das obere Ende des Ventilelements 65 und der benachbarte Rand des verjüngten Abschnitts 61 der wärmeisolierenden Sperre 23 sind derart ausgelegt, daß jedes Auslaßventil 59 unter dem Einfluß der Schwerkraft geschlossen bleibt. Die Klappenventilelemente 65 sind schwimmfähig, so daß in der Kammer 29 ansteigendes Wasser und eher noch Dampf die knappen Ventilelemente 65 um das Scharnier 67 durch die Vertikalstellung 69 hindurch in eine Offenstellung drehen, die in Figur in gestrichelte Linien dargestellt ist. Wie man aus den Fig. 1 und 5 sieht, sind die Auslaßventile 59 nur unter den Heißschenkel-Rohrstutzen 9 vorgesehen.
Der obere zylindrische Teil 25 der wärmeisolierenden Sperre 23 ist aus Sektoren 71 aufgebaut, wie in den Fig. 5 bis 7 sichtbar ist. Jeder der acht Sektoren 71 ist mit einer der acht Seitenwände 31 der Reaktorkammer 19 aufgerichtet. Wie es übliche Praxis ist, sind acht rohrförmige kernexterne Detektoreinheiten 73 in jeder der Ecken der sechseckigen Reaktorkammer 19 angeordnet. Jeder der Sektoren 71 der wärmeisolierenden Sperre 23 hat eine Anzahl von Abschnitten 75, die aufeinander gestapelt sind. Jeder Abschnitt 75 umfaßt obere und untere Rahmenteile 77 und 79, die jeweils eine bogenförmige innere Kante und eine geradlinige äußere Kante haben. Die oberen und unteren Rahmenteile 75 und 77 sind an ihren Enden durch vertikale U-Profile 81 miteinander verbunden, die auf den rohrförmigen kernexternen Detektoreinheiten 7 sitzen und auf diesen verschiebbar sind. Streben 83 zwischen den oberen und unteren Rahmenteilen 77 und 79 versteifen die Abschnitte 75. Bogenförmige Isolierplatten 85 sind auf die Rahmenteile 77 und 79 aufgeklebt. Die gestapelten Abschnitte 75 in jedem Sektor 71 sind durch Schrauben 86 durch benachbarte Rahmenteile miteinander fest verbunden. Die Abschnitte des zylindrischen Teils 25 der wärmeisolierenden Sperre 23 werden vom Boden der Reaktorkammer 19 her eingesetzt und durch Winkel 87 in ihrer Position gehalten. Eine zusätzliche Abstützung ist für die Sektoren unter den Kaltschenkel-Rohrstutzen 11 vorgesehen, wie unten noch beschrieben wird.
Eine Neutronenabschirmung ist in Form eines abnehmbaren modularen Schildrings 89 vorgesehen, der zwischen dem Reaktorbehälter 3 und dem biologischen Schild 21 am oberen Rand der Reaktorbehälterkammer 19 unterhalb der Rohrstutzen 9 und 11 vorgesehen ist. Dies plaziert die Neutronenabschirmung in der Höhe des Reaktorbehälters, wo die Außenfläche 91 der Behälterwand schräg nach oben und auswärts verläuft, um eine dickere Montagewand für die Rohrstutzen zu schaffen. Eine dünne Schicht einer Wärmeisolierung 93 ist direkt auf diese schräge Außenfläche 91 aufgebracht und verläuft abwärts, um sich mit der wärmeisolierenden Sperre 23 zu vereinigen, und aufwärts, um sich mit einer dickeren zylindrischen oberen isolierenden Sperre 95 zu vereinigen. Dies ist am besten aus Fig. 8 sichtbar.
Der Schildring 89 ist aus großen einzelnen Modulen 97 in den Sektoren unter dem Kaltschenkel-Rohrstutzen 11 und einer Anzahl kleinerer Module 99 im übrigen Teil des Sektors 71 zusammengesetzt. Der Einbau der kleineren Module 99 ist am besten in Fig. 4 dargestellt. Wie man sehen kann, ist der obere Rand der Reaktorkammer 19 bei 101 abgeschrägt. Die Module 99 haben eine Außenfläche 103, die komplementär zur abgeschrägten Fläche 101 ist. Der innere Rand des Moduls 99 weist einen axialen Abschnitt 105 und einen schrägen Abschnitt 107 auf, der der konischen Fläche 91 auf dem Reaktorbehälter 3 zugewandt ist, um einen Kanal 109 zu bilden. Die Module 99 sind an Ort und Stelle durch eine Schraube 111 oder einen anderen geeigneten Halter befestigt. Der Kanal 109 schafft einen Labyrinthpfad, der vom Raum 37 zwischen der wärmeisolierenden Sperre 23 und der Reaktorkammer 19 herausführt. Eine Verschlußplatte 113 blockiert den Durchtritt von Kühlluft und Dampf aus dem Kanal 109 nach außen in sämtlichen Sektoren mit Ausnahme durch die Behälterabstützungen 17 unter den Kaltschenkel-Rohrstutzen 11. Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung können die Module 99 von oben eingebaut und entfernt werden.
Die in Sektoren 71 unter den Kaltschenkel-Rohrstutzen 11 angeordneten großen Module 97 sind in Fig. 8 gezeigt. Die Module 97 werden von einem L-förmigen Winkel 115 getragen, der mittels einer Haltestange 117 vom Träger 17 herabhängt. Wie im Fall der kleineren Module 99 haben die Module 97 einen inneren Rand mit einem axialen Abschnitt 119 und einem Abschnitt 121, der schräg nach oben und außen verläuft und der konischen Wand 91 des Reaktorbehälters zugewandt, aber von dieser beabstandet ist, um ebenfalls einen Labyrinthkanal 109 zu bilden. Die Kühlluft und Dampf strömen nach oben durch den Kanal 109 und durch eine Öffnung 123 im Träger 17. Folglich kühlt die Kühlluft im normalen Betrieb zusätzlich zu den Wänden 31 der Reaktorkammer 19 auch die Träger 17. Eine Verschlußplatte 125 blockiert den Raum zwischen dem Reaktorbehälter 3 und dem Träger 17, so daß der gesamte Luftstrom, wie durch den Pfeil 35 angedeutet, durch den Träger hindurchströmt.
Der Neutronenschildring 89 dämpft den Neutronenstrom durch Absorption von Neutronen und indem er bewirkt, daß einige von ihnen durch den Labyrinthpfad streuen, welchem die Kühlluft folgt. Eine zusätzliche Richtungsänderung der Neutronen wird durch die schräge Fläche 91 am Reaktorbehälter erzeugt, die mit der Neutronenabschirmung 89 den Kanal 109 bildet.
Der Winkel 115, der die großen Abschirmungsmodule 97 trägt, bildet auch eine zusätzliche Abstützung für den oberen Teil 25 der wärmeisolierenden Sperre 23 über vertikale Streben 127, die mit den oberen Rahmenteilen 77 der oberen Abschnitte der Sektoren 71 unter den Kaltschenkel-Rohrstutzen 11 verbunden sind. Die Module 97 müssen zusammen mit den wärmeisolierenden Sperrensektoren abgesenkt werden, um durch den Boden der Reaktorkammer 19 abgenommen und ausgetauscht zu werden. Zu diesem Zweck hat das obere Ende des Winkels 115 eine Öse 129, durch welche der Modul mittels einer Winde 131 (siehe Fig. 1) abgesenkt werden kann. Während spezifische Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben worden sind, ist für den Fachmann klar, daß verschiedenen Modifikationen und Alternativen der Einzelheiten im Lichte der Gesamtlehre der Offenbarung entwickelt werden könnten. Dementsprechend sind die besonderen beschriebenen Anordnungen nur illustrativ zu verstehen und nicht in einem den Schutzbereich der Erfindung begrenzenden Sinne, der allein durch die volle Breite der anliegenden Patentansprüche bestimmt ist.

Claims

1. Kernreaktor (1) mit einem wärmeisolierten Reaktorbehälter (3), der in einem Reaktorhohlraum (19) aufgehängt ist, und weiter mit einer wärmeisolierenden Sperre (27) innerhalb des Reaktorhohlraums (19), welche den Reaktorbehälter (3) umschließt, aber einen Abstand von diesem hat, um eine Kammer (29) zwischen der wärmeisolierenden Sperre (23) und dem Reaktorbehälter (3) zu bilden, gekennzeichnet durch Kühlmittel (41) unter dem Reaktorbehälter zum Einleiten von Kühlwasser in die Kammer (29) zum Kühlen des Reaktorbehälters (3) im Falle eines ernsthaften Unfalls und zum Freisetzen von durch Verdampfung von Kühlwasser in der Kammer erzeugtem Dampf.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, wobei das Kühlwasser in den Reaktorhohlraum (19) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel (41) erste Ventilmittel (43), die durch das in den Reaktorhohlraum (19) eingeleitete Kühlwasser geöffnet werden, um das Wasser in die Kammer (29) einzuleiten, und zweite Ventilmittel (59) aufweisen, die von dem in der Kammer 29 gebildeten Dampf geöffnet werden, um das Freisetzen des Dampfes aus der Kammer (29) zu ermöglichen.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, wobei Luft in den Reaktorhohlraum (19) außerhalb der wärmeisolierenden Sperre (23) zum Kühlen der Wände (31) des Reaktorhohlraums (19) in Abwesenheit eines ernsthaften Unfalls eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Ventilmittel (23) Mittel (53) aufweisen, welche den Luftstrom in die Kammer (29) blockieren, aber das Strömen des Kühlwasser aus dem Reaktorhohlraum (19) außerhalb der wärmeisolierenden Sperre (23) in die Kammer (29) ermöglichen, und die zweiten Ventilmittel (59) Mittel (65) aufweisen, die das Strömen von Luft aus dem Reaktorhohlraum (29) in die Kammer (29) blockieren, aber das Ausströmen von Dampf aus der Kammer (29) ermöglichen.

4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Ventilmittel (23) am Bodenende der Kammer (29) angeordnet sind und mindestens einen Ventilsitz (55) mit mindestens einem Ventilkörper (53) aufweisen, der ein ausreichendes Gewicht hat, um auf den Ventilsitz (55) aufzusitzen und eine Luftströmung aus dem Reaktorhohlraum (19) in die Kammer (29) zu blockieren, aber ausreichenden Auftrieb hat, um durch Wasser im Reaktorhohlraum (19) von dem Ventilsitz (55) aufzuschwimmen, um Wasser in die Kammer 29 eintreten zu lassen, und Käfigmittel (57) aufweisen, die den mindestens einen Ventilkörper (53) in fluchtender Anordnung mit dem mindestens einen Ventilsitz (55) halten.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, wobei der Reaktorbehälter (3) zylindrisch mit einem halbkugeligen unteren Ende (5) ausgebildet ist, und wobei die wärmeisolierende Sperre (23) durch einen zylindrischen oberen Teil (25) und einen kopfstehend konischen unteren Teil (27) gekennzeichnet ist, der in einer Düse (45) endigt, in welcher die ersten Ventilmittel (43) angeordnet sind.

6. Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ventilmittel (59) ein bistabiles Ventilelement (65) nahe dem oberen Ende des zylindrischen oberen Teils (25) mit einer Schließstellung und einer Offenstellung aufweisen, in welch letztere das bistabile Ventilelement durch den Dampf betätigbar ist.

7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ventilmittel (59) ein Kippelement (67) aufweisen, welches das bistabile Ventilelement (65) um eine etwa horizontale Achse am unteren Ende des bistabilen Ventilelements (65) kippt, wobei die Schließposition auf der einen Seite einer Vertikalen (69) und die Offenstellung auf der anderen Seite der Vertikalen (69) liegt.

8. Kernreaktor nach Anspruch 3, wobei der Reaktorbehälter (3) zylindrisch mit einem halbkugeligen unteren Ende (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Sperre (23) einen zylindrischen oberen Teil (25) und einen kopfstehend konischen unteren Teil (27) aufweist, und wobei die ersten Ventilmittel (43) in dem kopfstehend konischen unteren Teil (27) positioniert sind, und wobei die zweiten Ventilmittel (59) am oberen Ende des zylindrischen oberen Teils (25) positioniert sind.

9. Kernreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Ventilmittel (43) am Boden des kopfstehend konischen unteren Teils (27) angeordnet sind, und wobei die wärmeisolierende Sperre (23) weiter eine zylindrische Schürze (49) mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser des zylindrischen oberen Teils (25) ist und der den kopfstehend konischen unteren Teil (27) trägt und Öffnungen (47) für eine Wasserströmung zu den ersten Ventilmitteln (43) aufweist.

10. Kernreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des zylindrischen oberen Teils (25) der wärmeisolierenden Sperre (23) eine nach oben und einwärts zum Reaktorbehälter (3) hin verlaufende Abschrägung (61) aufweist, und daß die zweiten Ventilmittel (59) eine Mehrzahl von Öffnungen (63) aufweisen, die mit Abständen entlang der Abschrägung (61) angeordnet sind, und ein zweites Ventilelement (65) für jede Öffnung aufweisen, das an einem unteren Ende zwischen einer Schließstellung, in welcher das zweite Ventilelement (65) die Öffnung (63) abdeckt, und einer Offenstellung jenseits der Vertikalen (69) drehbar gelagert ist, in welcher die Öffnung (63) nicht abgedeckt ist.

11. Kernreaktor nach Anspruch 8, mit einer Mehrzahl von mit umfangsmäßigen Abständen angeordneten, vertikal verlaufenden kernexternen Detektoreinheiten (73) in dem Reaktorhohlraum (19) und mit seitlichem Abstand von dem Reaktorbehälter (3), dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische obere Teil (25) der wärmeisolierenden Sperre (23) Sektoren (71) aufweist, die zwischen den kernexternen Detektoreinheiten (73) abgestützt sind.

12. Kernreaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren (71) jeweils eine Mehrzahl vertikal ausgerichteter Abschnitte (75) aufweisen, die jeweils einen Rahmen (77, 79) mit Führungen (81) entlang der Seitenkanten aufweisen, die gleitend in die kernexternen Detektoreinheiten (73) eingreifen, und wobei Tafeln (85) aus wärmesisolierendem Material an den Rahmen (77, 79) befestigt sind.

13. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Ventilmittel (43) so bemessen sind, daß sie eine Kühlwasserdruckhöhe innerhalb der Kammer (29) innerhalb eines vorgegebenen Druckhöhengrenzwertes des Kühlwassers zwischen der wärmeisolierenden Sperre (23) und den Wänden des Reaktorhohlraums (19) aufrechterhalten.