DE1589801C3 - Kernreaktor mit einer Anordnung von mehreren quadratischen Brennstoffbündeln - Google Patents
Kernreaktor mit einer Anordnung von mehreren quadratischen BrennstoffbündelnInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einer Anordnung von mehreren quadratischen Brennstoffbündeln,
die jeweils an zwei Seiten einem Regelstab von kreuzförmigem Querschnitt benachbart sind,
wobei jedes Brennstoffbündel aus einer Vielzahl von in einer quadratischen Anordnung an ihren Enden
durch je eine Halterungsplatte gehaltenen, mit Brennstoff versehenen Stäben besteht.
Kernreaktoranlagen sind üblicherweise so ausgelegt, daß sie periodisch abgeschaltet werden können,
um den Brennstoff im Reaktorkern zu ersetzen. Dieses Austauschen der Brennstoffstäbe des Reaktors
wird so durchgeführt, daß der bestrahlte Brennstoff teilweise oder ganz gegen unbenutzte Brennstoffstäbe
ausgetauscht wird. Der Plan zum Ersatz oder Austausch der Brennstoffstäbe ist auf ein Abschalten
des Reaktors während solcher Zeiträume abgestellt, in denen die Leistungsabgabe an das Stromnetz ein
Minimum ist.
Ein solcher Austauschplan kann es beispielsweise erforderlich machen, daß 20 bis 25 %>
des bestrahlten Brennstoffs aus dem Reaktorkern herausgenommen und durch frische Brennstoffstäbe ersetzt wird. Wenn
der Kernreaktor beispielsweise so ausgelegt ist, daß je Jahr 25°/o des Brennstoffs ausgetauscht wird, so
sind 4 Abschaltungen notwendig, um am Ende eines Zeitraums von 4 Jahren im normalen Betrieb den
ursprünglich eingesetzten Brennstoff vollständig zu ersetzen.
Wie nun die Ersatzbrennstoffstäbe ausgelegt werden müssen, die an Stelle der ursprünglichen Brennstoffstäbe
in den Reaktor eingesetzt werden sollen,
ίο wird nun viele Monate vor dem Einsetzen der Ersatzstäbe
festgelegt. (Eine Zeitspanne von 12 Monaten ist hierbei nicht unüblich.) Der größte Teil dieser
Zeit wird dafür benötigt, die Ersatzbrennstoffe auszulegen, herzustellen, zu prüfen und auszuliefern.
Entscheidend ist nur, daß die Konstruktion und Planung der Ersatzbrennstoffstäbe auf einem Zustand
des Kernreaktors beruht, den der Kernreaktor am Tag des Brennstoffaustauschs voraussichtlich
aufweist. Die hauptsächlichen Bedingungen, die bei
ao der Planung und dem Aufbau der Ersatzbrennstoffstäbe
berücksichtigt werden müssen, sind:
1. die Reaktivität des Reaktorkerns und des restlichen Brennstoffs,
2. die Lebensdauer und die Reaktivität der Ersatzbrennstoffstäbe,
3. die Regelstärke der Regelstäbe (das heißt, die Neutronenabsorptionseigenschaften der Regelstäbe)
und
4. der Regelüberschuß aller Regelstäbe über die Regeistärke hinaus, die zum Abschalten des
Reaktors erforderlich ist.
Da nun die Ersatzbrennstoffstäbe für viele Monate im voraus konstruiert und berechnet werden, besteht
eine beachtliche Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Eigenschaften dieser Ersatzbrennstoffstäbe nicht genau
den Erfordernissen im Reaktor zu dem Zeitpunkt angepaßt sind, an dem der Reaktor abgeschaltet
wird, sofern unvorhergesehene Abweichungen von den ursprünglich vorhergesagten Zuständen auftreten.
Solche Abweichungen können beispielsweise vom Betrieb des Reaktors auf einem höheren oder
niedrigeren Leistungspegel herrühren als ursprünglich angenommen wurde. Von wirtschaftlichen Gesichtspunkten
her wäre es nun sehr günstig, wenn man die Eigenschaften der Ersatzbrennstoffstäbe so
ändern könnte, daß die Ersatzbrennstoffstäbe die Forderungen so genau wie möglich erfüllen können,
die vom Reaktor an sie gestellt werden. Wenn die Ersatzbrennstoffstäbe erst einmal hergestellt worden
sind und Eigenschaften aufweisen, die für die angenommenen Reaktorzustände besonders günstig
sind, so gibt es nach dem bisherigen Stand der Technik nur sehr beschränkte und arbeitsintensive Möglichkeiten,
die nuklearen Eigenschaften der Ersatzbrennstoffstäbe so zu ändern, daß die Abweichungen
von den angenommenen Reaktorzuständen berücksichtigt werden können, um die Bedürfnisse des
Reaktors und die Eigenschaften der Ersatzbrennstoffstäbe zum Zeitpunkt des Brennstoffaustauschs genau
aufeinander abstimmen zu können. Der Zeit- und Kostenaufwand zur Änderung solcher Brennstoffbündel
bei den oben geschilderten Bedingungen war so groß, daß man lieber nichtmodifizierte Ersatzbrennstoffstäbe
verwendete und diese Brennstoffstäbe mit geringerem Wirkungsgrad verwendete. Weiterhin
konnte es erforderlich werden, Regelstäbe auszutauschen, ohne daß dieser Austausch bereits geplant
war, um den Reaktivitätswert dieser Stäbe zu er-
3 4
höhen oder zu erniedrigen. Zusätzlich konnte es den restlichen Stäben stärker oder auch schwä-
erforderlich sein, die Brennstoffbündel im Kern neu eher angereichert sein kann,
anzuordnen. Hierdurch war sehr häufig ein erheb- 2. Brennstoff, der mit einem speziellen Neutronen-
licher finanzieller Aufwand bedingt und ebenso absorber gemischt ist,
wurden die Stillstandszeiten der Reaktoranlagen weit 5 3. Verdünnungsmaterial wie beispielsweise Alugrößer
als ursprünglich geplant war. Diese Erschei- miniumoxid oder Zirkonoxid, das mit einem
nungen stehen aber dem Ziel, eine Kernreaktoran- speziellen Neutronenabsorber gemischt ist,
lage wirtschaftlich und mit hohem Wirkungsgrad zu 4. Neutronenabsorber ohne weitere Zusätze,
betreiben, entgegen. Man hat nun gefunden, daß durch das Einsetzen
lage wirtschaftlich und mit hohem Wirkungsgrad zu 4. Neutronenabsorber ohne weitere Zusätze,
betreiben, entgegen. Man hat nun gefunden, daß durch das Einsetzen
Es ist zwar ein Kernreaktor der eingangs be- ίο der herausnehmbaren Stäbe in die eben beschriebeschriebenen
Art bereits aus der USA.-Patentschrift nen Gebiete, die Wirksamkeit des benachbarten
3 164 530 bekannt. Bei diesem bekannten Kernreak- Regelstabs und/oder die Reaktivität des Brennstofftor
sind jedoch nur aus mehreren Brennstoffstäben bündeis eingestellt werden kann. Wenn man beibestehende
Brennstoffbündel ohne Störung der übri- spielsweise die Regelstärke eines Regelstabs gegengen
Brennstoffbündel austauschbar. Ein Austausch 15 über seiner Regelstärke in Verbindung mit einem
oder Ersatz einzelner Stäbe eines Bündels auf ein- nicht modifizierten Brennstoffbündel vergrößern will,
fache und leichte Weise, bei dem das Bündel in dem kann man einen herausnehmbaren Stab, der mit
dafür vorgesehenen Behälter verbleiben kann, ist einem Neutronenabsorber gefüllt ist, an diejenige
jedoch nicht möglich, vielmehr muß hierzu das Ecke des Brennstoffbündels setzen, die diesem Regelganze Bündel aus dem Behälter herausgenommen ao stab diagonal gegenüberliegt. Dadurch wird eine Ver-
und zerlegt werden. Dies bedingt, daß es nicht mög- zerrung des Neutronenflusses um die Mitte des
Hch ist, die Betriebseigenschaften des Reaktors auf Brennstoffbündels herum erreicht, derart, daß der
einfache Weise zu ändern. Neutronenfluß neben dem herausnehmbaren Stab
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, erniedrigt und in der Nähe des Regelstabs erhöht
die Reaktivität von Brennstoffbündeln bei einem 35 wird. Die Stärke eines Regelstabs kann man dadurch
Brennelementwechsel den jeweiligen Abbrandbe- erniedrigen, daß man diesen herausnehmbaren Stab,
dingungen kurzfristig anzupassen. Erfindungsgemäß der mit einem Neutronenabsorber gefüllt ist, an
wird diese Aufgabe bei einem Kernreaktor der ein- derjenigen Ecke in das Brennstoffbündel einsetzt,
gangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens die genau neben dem Regelstab liegt. Weiterhin hat
ein Stab derart in den Halterungsplatten des Brenn- 30 man gefunden, daß man die gesamte Reaktivität
Stoffbündels gehaltert ist, so daß er einzeln ohne des Brennstoffbündels erhöhen kann, ohne die Regel-Lösung
der Halterung für die übrigen Stäbe des stärke des benachbarten Regelstabs zu beeinflussen,
Biennstoffbündels auswechselbar ist. wenn man herausnehmbare Stäbe an die richtigen
Durch die Erfindung ist es nun möglich, die Lage Stellen im Brennstoffbündel einsetzt, die angereichereinzeln
herausnehmbarer Stäbe bezüglich ihres 35 ten Kernbrennstoff enthalten. Die gesamte Reaktivi-Brennstoffbündels
und bezüglich der Regelstäbe so tat des Brennstoffbündels kann dagegen ohne
zu wählen, daß den verschiedensten im praktischen nennenswerten Einfluß auf die Regelstärke des da-Betrieb
eines Kernreaktors auftretenden Abbränden nebenliegenden Regelstabs gesenkt werden, wenn
Rechnung getragen werden kann. man herausnehmbare Stäbe einsetzt, die entweder
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der 40 einen Neutronenabsorber oder aber einen Brennstoff
Erfindung weist eine der beiden Halterungsplatten enthalten, der niedriger als derjenige Brennstoff
mindestens eine öffnung auf, die ein Einsetzen oder angereichert ist, der in dem Brennstoffstab ent-Herausnehmen
des auswechselbaren Stabs in Stab- halten ist, der durch den herausnehmbaren Stab
richtung erlaubt, wobei der auswechselbare Stab an ersetzt wurde. Um jeden Unterschied in der Wirseinem
in der Halterungsplatte gehaltenen Ende 45 kungsweise benachbarter Regelstäbe vollständig auseinen
sich radial erstreckenden Stift aufweist, durch zugleichen, kann man weiterhin an den richtigen
den der Stab unter Drehung in einem Schlitz der Stellen herausnehmbare Stäbe einsetzen, die Absor-Halterungsplatte
ver- oder entriegelbar ist. bermaterial enthalten. Weiterhin kann der Zusam-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der menhang zwischen der Reaktivität und der Lebens-Erfindung
ist der einzeln auswechselbare Stab in dem 50 dauer eines Brennstoffbündels dadurch variiert
Brennstoffbündel an einem der Stabplätze angeord- werden, daß man die atomare Dichte (Anzahl der
net, der sich auf einer Verbindungslinie (Diagonale) Atome je Einheitsvolumen) in dem herausnehmbaren
der Stabplätze befindet, Jie sich von dem Stabplatz, Stab ändert, der die Absorbersubstanz enthält,
der dem Kreuzungspunkt des kreuzförmigen Regel- Schließlich kann man auch die Neutronenabsorpstabs
am nächsten liegt, bis zu dem Stabplatz er- 55 tionseigenschaften eines herausnehmbaren Stabs, der
streckt, der von diesem Kreuzungspunkt am meisten einen Neutronenabsorber enthält, dadurch ändern,
entfernt liegt, oder an einem der Stabplätze längs der daß man den effektiven Durchmesser des Absorber-Diagonale.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungs- materials innerhalb des herausnehmbaren Stabs
form besteht darin, daß die Vielzahl von Stäben ändert, ohne daß man den Außendurchmesser des
zwei einzeln austauschbare Stäbe umfaßt, die sym- 60 herausnehmbaren Stabs ändert,
metrisch auf entgegengesetzten Seiten der Diagonalen Es sei bemerkt, daß es in bestimmten Situationen angebracht sind. günstig sein kann, die herausnehmbaren Stäbe
metrisch auf entgegengesetzten Seiten der Diagonalen Es sei bemerkt, daß es in bestimmten Situationen angebracht sind. günstig sein kann, die herausnehmbaren Stäbe
Je nachdem, welche Wirkung hervorgerufen wer- einiger oder aller bestrahlter Brennstoffbündel zu
den soll, ist jeder der herausnehmbaren Stäbe ganz ersetzen, wenn auch die einzelnen Brennstoffstäbe
oder teilweise mit einem besonderen Material ange- 65 dieser Bündel nach Plan noch nicht ersetzt werden
füllt, das irgendeinen der folgenden Stoffe enthalten sollen. Das kann beispielsweise auftreten, wenn das
kann: Stillegen der Reaktoranlage gegenüber dem Plan
1. Brennstoff, der genauso wie der Brennstoff in zurückgestellt und die Betriebszeit des Reaktors
daher verlängert worden ist. Unter solchen Bedingungen brauchen die Ersatzbrennstoffstäbe, die bereits
mehrere Monate vorher gefertigt worden sind, keine ausreichende Reaktivität mehr aufzuweisen,
um den Reaktorkern für die erforderliche Zeitspanne auf dem normalen Leistungspegel zu halten. Wenn
nun zusätzlich zum Ersatz einiger bestrahlter Brennstoffbündel die Reaktivität von einigen weiteren bestrahlten
Brennstoffbündeln erhöht werden kann, kann die Lebensdauer dieser Brennstoffbündel und
damit die Lebensdauer des Reaktorkerns erhöht werden. In zahlreichen Fällen ist es zur Erhöhung
der Reaktivität ausreichend, einige oder alle herausnehmbaren Stäbe einiger oder aller bestrahlter Brennstoffbündel
durch andere herausnehmbare Stäbe zu ersetzen, die angereicherten Brennstoff enthalten.
Damit wird auch die Lebensdauer der Brennstoffbündel verlängert. Die Erfindung ist für diesen
Zweck besonders gut geeignet, da herausnehmbare Stäbe mit Brennstoff der verschiedensten Anreicherungsgrade
verfügbar sind, und da die herausnehmbaren Stäbe in die Brennstoffbündel eingesetzt werden
können, während die Brennstoffbündel im Reaktorkern verbleiben. Diese Möglichkeit, herausnehmbare
Stäbe schnell zu ersetzen, während die Brennstoffbündel im Reaktorkern verbleiben, ist von
besonderer Bedeutung. Solange dieser schnelle Austausch oder Ersatz nicht möglich war, waren Kosten
und zeitliche Verzögerungen im allgemeinen so groß, daß es günstiger war, einige der Brennstoffbündel
durch neue Brennstoffbündel zu ersetzen. Dadurch wurden die Betriebskosten jedoch beträchtlich erhöht
und außerdem wurden die herausgenommenen Brennstoffbündel nicht mehr verwendet, obwohl
diese Brennstoffbündel noch weitere Energie erzeugen konnten.
In der Praxis kann man sich eine Anzahl herausnehmbarer Stäbe auf Lager legen, so daß immer
herausnehmbare Stäbe verfügbar sind, die bestimmte Absorberkonzentrationen aufweisen, bestimmte Absorberradien
aufweisen und in denen weiterhin spaltbares Material in verschiedenen Anreicherungsgraden enthalten ist. Auf diese Weise ist es möglich,
direkt an der Kernreaktoranlage, die stillgelegt werden soll oder gerade abgeschaltet ist, die richtige
Kombination von herausnehmbaren Stäben zur Verfügung zu haben, die in die bestrahlten und/oder
in die Ersatzbrennstoffbündel eingesetzt werden können.
Es sei bemerkt, daß die Grundlagen der Erfindung, die auf Brennstoffbündel mit herausnehmbaren
Stäben beruhen, auf quadratische Brennstoffbündel der verschiedensten Größen anwendbar sind, also
auf Brennstoffbündel mit 5x5, 6x6, 7x7, 8x8,
usw. Brennstoffstäben.
Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben
werden.
F i g. 1 zeigt schematisch einen Kernreaktor im Längsschnitt;
F i g. 2 ist ein Querschnitt durch den Reaktor längs der Linie 2-2 aus Fig. 1;
F i g. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des oberen Endes von Brennstoffbündeln, die von der Linie 3-3
aus Fig. 2 umrandet sind;
F i g. 4 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform
eines Brennstoffbündels;
F i g. 5 ist eine Aufsicht auf die obere Halterungsplatte des Brennstoffbündels aus F i g. 4 in Richtung
der Pfeile 5-5;
F i g. 6 ist eine perspektivische Ansicht der öffnungen
für die herausnehmbaren Stäbe in der oberen Halterungsplatte aus F i g. 5 in vergrößertem Maßstab;
F i g. 7 ist ein Schnitt längs der Linie 7-7 aus Fig. 6;
ίο F i g. 8 ist eine Seitenansicht eines herausnehmbaren
Stabs, der in dem Brennstoffbündel nach den Fig. 4 und 5 verwendet werden kann;
F i g. 9 ist eine Endansicht des herausnehmbaren Stabs nach Fi g. 8 in Richtung der Pfeile 9-9;
Fig. 10 zeigt in Form einer graphischen Darstellung den Neutronenfluß längs der Diagonalen des
Brennstoffbündels;
Fig. 11 ist eine graphische Darstellung der Reaktivitätsänderung
eines Brennstoffbündels bei Einsatz
ao eines herausnehmbaren Stabs an verschiedenen Stellen
des Brennstoffbündels;
Fig. 12 zeigt die Regelstärke eines Absorberstabs als Funktion des Abbrands des Brennstoffbündels bei
verschiedenen Radien des Absorbermaterials und bei
as verschiedenen Absorberkonzentrationen des herausnehmbaren
Absorberstabs;
Fig. 13 zeigt die Regelstärke eines Regelstabs in Abhängigkeit von dem Ort auf der Diagonalen
des Brennstoffbündels, an dem ein herausnehmbarer Absorberstab eingesetzt ist;
Fig. 14 bis 17 zeigt die Orte der herausnehmbaren Stäbe in dem Brennstoffbündel, die den Beispielen
1 bis 4 entsprechen.
Die Erfindung kann bei den verschiedensten Reaktortypen angewendet werden, beispielsweise bei
wassermoderierten Reaktoren, schwerwasser-, graphit- oder organisch moderierten Reaktoren, oder
auch in solchen Reaktortypen, in denen Natrium oder andere Flüssigkeiten als Moderator und Kühlmittel
verwendet werden. Die Erfindung wird jedoch in Verbindung mit einem Siedewasserreaktor beschrieben,
da sie für Siedewasserreaktoren besonders gut geeignet ist.
Die Kernreaktoranlage nach F i g. 1 weist einen Druckkessel 10 auf. Innerhalb des Druckkessels 10
ist ein Reaktorkern 18 angeordnet, der mehrere senkrecht angeordnete Brennstoffbündel 20 aufweist.
Jedes Brennstoffbündel besteht aus einer Vielzahl von langgestreckten Brennstoffstäben, die in einem
gewissen Abstand voneinander angeordnet sind.
Der Leistungspegel des Reaktors sowie die örtliche Leistungsverteilung innerhalb des Reaktors wird
durch Regelstäbe 32 geregelt, die gestrichelt -eingezeichnet sind. In jedem Führungsrohr 24 ist ein
kreuzförmiger Regelstab angeordnet. Dieser Regelstab kann senkrecht zwischen den 4 zugeordneten
Brennstoffbündeln auf- und abbewegt werden, die auf das Führungsrohr aufgesetzt sind.
Die F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Reaktorkessel 10, der in der Höhe der Linie 2-2 aus
Fig. 1 durch den Kessel und den Reaktorkern gelegt wird. Der Reaktorkessel 10 ist um den Kern 18 und
den Ringmantel 34 herum angeordnet. Die Brennstoffbündel 20 sind gruppenweise zu jeweils 4 Brennstoffbündeln
zusammengefaßt. Zwischen den Bündeln einer Gruppe ist nur ein verhältnismäßig schmaler Zwischenraum·/V vorgesehen, der dazu
dient, die Brennstoffbündel einsetzen und wieder
7 8
herausnehmen zu können. Außerdem können in Ende des quadratischen Rohrs 74 paßt genau um
diese Zwischenräume Instrumente eingesetzt werden. das obere Ende der Halterungsplatte herum. Das
Zwischen den einzelnen Brennstoffbündeln einer untere Ende der Halterungsplatte setzt sich in einem
Gruppe sind größere Zwischenräume W vorgesehen, abgeschrägten Übergangsstück fort, das in einer
in denen die kreuzförmigen Regelstäbe 32 auf und 5 offenen Nase 89 von kreisförmigem Querschnitt
ab geschoben werden können. Somit liegen jeweils endet. Wenn das Brennstoffbündel in den Reaktor
neben zwei Seiten eines jeden Brennstoffbündels eingesetzt ist, dann sitzt diese Nase 89 auf einem
Regelstäbe, während die anderen beiden Seiten eines der Sockel auf, die oben am Führungsrohr 24 aus
Brennstoffbündels frei sind. Die Zwischenräume N F i g. 1 angeordnet sind. Wenn das Bündel in den
und W zwischen den Brennstoffbündeln sind mit io Reaktor eingesetzt ist, steht die untere öffnung 88
Wasser gefüllt. · mit der Vorratskammer 30 aus F i g. 1 in Verbindung.
In der F i g. 3 ist nun derjenige Ausschnitt aus Mehrere Brennstoffstäbe, wie beispielsweise die
der F i g. 2 vergrößert gezeigt, der durch die Linie 3-3 mit 90 bezeichneten Stäbe, die in den Ecken des
umrandet ist. Die F i g. 3 zeigt einmal die Kreuzform Brcnnstoffbündels angeordnet sind, sind oben mit
eines Regelstabs 32 besonders deutlich und außer- 15 Gewinde versehen, die durch die obere Halterungs-
dem die Orte, an denen die herausnehmbaren Stäbe platte 80 hindurchgehen und an der Platte mittels
nach einer ersten Ausführungsform eingesetzt werden Schrauben 92 befestigt sind. Weiterhin sind in der
können. Jedes Brennstoffbündel besteht aus 6x6 oberen Halterungsplatte öffnungen94 vorgesehen,
Brennstoffstäben, die quadratisch angeordnet sind. in denen die oberen Enden der Brennstoffstäbe sitzen.
Außerdem können an acht Stellen des Brennstoff- ao Um zwischen der oberen Halterungsplatte 80 und
bündeis herausnehmbare Stäbe eingesetzt werden. der oberen Schulter der Brennstoffstäbe 76 eine
Sechs dieser Stellen Λ, B, C, D, E, F liegen auf der Kraft auszuüben, sind Druckfedern 98 vorgesehen,
Diagonalen 68, die die Längsachsen des Regelstabs deren Kraft durch das Drehmoment bestimmt ist,
32 und des Brennstoffbündels 20 schneidet und so- mit dem die Muttern 92 angezogen worden sind,
mit von einer Ecke des Brennstoffbündels zur dia- as Zwischen den öffnungen 94, in die die Enden der
gonal gegenüberliegenden Ecke des Brennstoffbün- Brennstoffstäbe eingesetzt sind, sind in der oberen
dels verläuft. Die anderen beiden Stellen für die Halterungsplatte 80 öffnungen 96 vorgesehen, die
herausnehmbaren Stäbe G und H liegen symmetrisch das Innere des Brennstoffbündels mit dem Dom 27
links und rechts der Diagonalen 68. In der darge- oberhalb der Brennstoffbündel verbinden. Die obere
stellten Ausführungsform liegen diese beiden rest- 30 Halterungsplatte 80 ist noch mit zwei Griffen 100
liehen Stellen auf der Diagonale 72. Der Grund für versehen, mit deren Hilfe das Brennstoffbündel 20
diese Anordnung sowie andere mögliche Anord- in den Reaktorkern eingesetzt und aus ihm herausge-
nungen werden noch im einzelnen erörtert. nommen werden kann. Die Griffe können getrennte
In der Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform Bauteile sein, oder auch zusammen mit der Halte-
eines Brennstoffbündels dargestellt. Im Gegensatz 35 rungsplatte aus einem Stück hergestellt sein. Sie
zur Ausführungsform nach F i g. 3 können in das sind parallel zueinander an zwei gegenüberliegenden
Brennstoffbündel nach F i g. 4 nur an sechs Stellen Seiten der Halterungsplatte angeordnet. Durch die
herausnehmbare Stäbe eingesetzt werden. Das Brenn- Verwendung zweier paralleler Griffe, die in einem
stoffbündel 20' besteht aus einem quadratischen gewissen Abstand voneinander angeordnet sind, sind
Rohr 74, Brennstoffstäben 76, der unteren Halte- 40 die herausnehmbaren Brennstoffstäbe ohne Störung
rungsplatte 78, der oberen Halterungsplatte 80 und durch die Griffe leicht zugänglich. Um die Griffe
den Abstandsstücken 82 für die Brennstoffstäbe. Die mechanisch stabiler zu machen, können sie bei 102
Brennstoffstäbe 76 (zu denen auch die herausnehm- miteinander verstrebt sein.
baren Stäbe 76' gehören, die durch die öffnungen B, Die F i g. 5 zeigt nun in vergrößertem Maßstab die
C, D, E, G und H eingesetzt sind) gehen in einem 45 obere Halterungsplatte 80 aus F i g. 4 von oben. Die
gewissen Abstand voneinander durch eine Anzahl Halterungsplatte weist sechs öffnungen B, C, D, E,
von Abstandsstücken 82 hindurch und werden von H und G für die herausnehmbaren Stäbe auf. Diese
diesen Abstandsstücken gehaltert. Die Abstands- öffnungen sind in der Fig. 6 perspektivisch und in
stücke 82 sind gegen die innere Oberfläche des F i g. 7 im Schnitt längs der Linie 7-7 aus F i g. 6
quadratischen Rohrs 74 abgestützt. Die Abstands- 50 dargestellt. Jede dieser öffnungen wird von einer
stücke sind das Brennstoffbündel entlang in einem zylindrischen Buchse 103 gebildet, die einen Schlitz
vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet, der 104 aufweist, der sich die gesamte Länge der zylin-
beispielsweise zwischen 35 und 40 cm betragen kann. drischen Buchse 103 entlang erstreckt. (Die Länge
Sie sind an einem oder mehreren Brennstoffstäben des Schlitzes entspricht der Dicke der Halterungs-
befestigt, so daß sie in Längsrichtung nicht mehr 55 platte.) Am unteren Rand der zylindrischen Buchse
verschoben werden können. 103 ist eine Vertiefung 106 angebracht, die dem
Jeder Brennstoffstab 76 weist eine langgestreckte Schlitz 104 um 180° gegenübersteht. Der Schlitz
Röhre auf, die spaltbares Material, beispielsweise und die Vertiefung einer jeden öffnung für die
angereichertes Urandioxid, enthält. Womit der gerade herausnehmbaren Stäbe wirken mit einem solchen
verwendete herausnehmbare Stab gefüllt ist, hängt 60 herausnehmbaren Stab zusammen, der in der F i g. 8
von der Wirkung ab, die man erzielen will. dargestellt ist.
Die unteren Enden der Brennstoffstäbe werden In der F i g. 8 ist ein herausnehmbarer Stab 76'
von der unteren Halterungsplatte 78 gehaltert und dargestellt, der ein zylindrisches Gebiet 110 aufweist,
stimmen mit öffnungen 84 überein, die als Sack- in das das in Frage kommende Material eingefüllt
löcher in der Halterungsplatte 78 ausgebildet sind. 65 ist. Das untere Ende dieses Gebiets 110 ist durch
Neben diesen Sacklöchern sind öffnungen 86 ange- einen nasenförmigen Pfropfen 112 verschlossen. Der
ordnet, die direkt mit der unteren öffnung 88 des nasenförmige Pfropfen 112 endet in einem kegel-
Brennstoffbündels in Verbindung stehen. Das untere stumpfförmigen Gebiet 114, das in die SacköfTnungen
84 in der unteren Halterungsplatte eingesetzt werden
kann. Daran schließt sich ein zylindrisches Gebiet 116 an, das genau in die Bohrung der Sacköffnung 84
hineinpaßt. Daran anschließend ist ein weiteres konisches Gebiet 118 vorgesetzt, das auf der oberen
Oberfläche der Halterungsplatte neben dem Sackloch 84 aufsitzt. Das obere Ende des zylindrischen
Gebiets 110 des Brennstoffstabs 76' ist von einem oberen Pfropfen 120 verschlossen, der sich nach
oben verjüngt und einen zylindrischen Schaft 122 aufweist, an dessen oberem Ende ein Anschlag 129
befestigt ist. Auf dem Schaft 122 ist gleitend und drehbar eine zylindrische Muffe 124 montiert. Am
unteren Ende der Muffe 124 ragt ein Stift 126 radial
nach außen. Das obere Ende der Muffe ist mit einer Mutter 128 und mit einer Umfangsnut 130 versehen.
Zwischen dem unteren Ende der Muffe 124 und dem abgeschrägten Teil des Pfropfens 120 ist um den
Schaft 122 herum eine Druckfeder 132 eingesetzt, die die Muffe 124 nach oben gegen den Anschlag 129 ao
drückt. Der Verriegelungsmechanismus 135 des herausnehmbaren Stabs aus F i g. 8 weist die Mutter
128 und die Umfangsnut 130 auf, ferner die Muffe 124, den Stift 126 und die Druckfeder 132. Am Ende
des Schafts 122 ist noch ein Schlitz 136 vorgesehen, as
mit dem sich der herausnehmbare Stab drehen läßt, vgl. F i g. 9.
Das Einsetzen eines herausnehmbaren Stabs 76' in das Brennstoffbündel nach der Erfindung wird
folgendermaßen durchgeführt: Zuerst wird der Stab in eine der öffnungen B, C, D, E, G, H eingesetzt,
die in den F i g. 4 bis 7 gezeigt sind. Dann wird der Verriegelungsmechanismus 135 soweit herumgedreht,
daß der Stift 126 über dem Schlitz 104 steht. Daraufhin wird der Verriegelungsmechanismus gegen die
Feder 132 soweit heruntergedrückt, daß der Stift 126 unten aus dem Schlitz 104 gänzlich heraustritt. Daraufhin
wird die Muffe 124 um 180° herumgedreht, so daß der Stift 126 genau unterhalb der Vertiefung
106 steht. Zum Schluß wird der Verriegelungsmechanismus freigegeben, so daß die Feder 132 den Stift
126 nach oben in die Vertiefung 106 hineindrückt.
Der Stift bleibt in der verriegelten Stellung in der Vertiefung 106 liegen, da die Druckfeder 132 den
Verriegelungsmechanismus laufend nach oben drückt. Das Herausnehmen des herausnehmbaren Stabs geschieht
in der umgekehrten Reihenfolge. Zum Greifen und zum Herumdrehen des Verriegelungsmechanismus
kann man ein Werkzeug verwenden, das an der Mutter 128 angreift. Um den herausnehmbaren Stab
selbst zu greifen und herumzudrehen, kann man ein Werkzeug verwenden, das in die Nute 130 eingesetzt
werden kann. Es sei bemerkt, daß die Vertiefung 106 gegenüber dem Schlitz 104 nicht um 180° versetzt
zu sein braucht. Diese Versetzung kann auch um irgendeinen anderen zweckmäßigen Winkel durchgeführt
werden.
Die Ausführungsform nach den F i g. 4 und 5 zeigen auf der Diagonalen nur 4 Stellen, an denen
herausnehmbare Stäbe eingesetzt werden können. Das liegt daran, daß die Griffe 100 über den öffnungen
A und F (Fig. 4) an den Ecken des Brennstoffbündels 7 liegen, so daß an diesen Ecken keine herausnehmbaren
Stäbe eingesetzt werden können. Man kann die Griffe jedoch auch anders ausbilden, so daß
auch die öffnungen an den Ecken des Brennstoffbündels zugänglich sind. Dann kann man an allen Stellen
A, B, C, D, E, F, G und H herausnehmbare Stäbe einsetzen, wie es in der Ausführungsform nach
F i g. 3 der Fall ist.
Durch das Einsetzen von herausnehmbaren Stäben mit verschiedenen Füllungen in das Brennstoffbündel
ist es möglich, wichtige nukleare Eigenschaften des Brennstoffbündels so einzustellen, wie sie die verschiedenen
Reaktorbedingungen gerade erfordern.
Die Reaktivität des Brennstoffbündels sowie die Regelstärke der bewegbaren Regelstäbe werden von
dem Ort beeinflußt, an dem der herausnehmbare Stab, der einen Neutronenabsorber enthält, in das
Brennstoffbündel eingesetzt ist. Das liegt daran, daß ein vorgegebener Absorberstab in Gebieten mit einem
hohen Neutronenfluß mehr Neutronen absorbiert als in Gebieten mit einem niedrigen Neutronenfluß. Die
Gebiete hohen Neutronenflusses liegen in oder dicht neben den Gebieten, in denen Wasser als Moderator
vorhanden ist, da Wasser als Moderator einen verhältnismäßig niedrigen Neutronenabsorptionsquerschnitt
aufweist, und da außerdem in diesen Gebieten mehr Neutronen auf thermische Geschwindigkeiten
abgebremst sind. Die Kurve I aus Fig. 10 zeigt nun die Neutronenflußverteilung längs der Brennstoffbündeldiagonalen 68, die sich einstellt, wenn in das
Brennstoffbündel kein herausnehmbarer Absorberstab eingesetzt ist. Weiterhin geht aus der Kurve I
hervor, daß der Neutronenfluß in den verhältnismäßig großen (W) und in den schmaleren (N), mit
Wasser gefüllten Zwischenräumen verhältnismäßig hoch ist, und daß der Neutronenfluß innerhalb des
Brennstoffbündels verhältnismäßig niedrig ist. In der Mitte des Brennstoffbündels liegt ein Minimum des
Neutronenflusses.
Aus der Kurve I aus Fig. 11 geht hervor, daß die
Reaktivität k\& des Brennstoffbündels dann ein
Minimum ist, wenn der Absorberstab an der Stelle A (F i g. 3) eingesetzt ist. Wenn der gleiche Absorberstab
nacheinander an den Stellen B, C, D eingesetzt wird, nimmt die Reaktivität erst zu, um dann wieder
abzunehmen, wenn man den Absorberstab an den Stellen E und F einsetzt. Kurve III stellt die Reaktivität
des Brennstoffbündels ohne einen herausnehmbaren Absorberstab dar. Umgekehrt nimmt die Regelstärke
(Kurve II) des fest eingesetzten Absorberstabs (äk/k)y zu Beginn ab und steigt dann wieder
an, wenn der Absorberstab nacheinander an den verschiedenen Stellen von A bis F eingesetzt wird.
Diese Kurven zeigen die Wirkung eines einzigen Absorberstabs.
Die Fig. 12 zeigt zwei Kurvenscharen, aus denen
der Einfluß des äußeren Radius' des Absorbermaterials und der Einfluß der Konzentration des Absorbermaterials
entnommen werden kann. Die Kurvenschar, die einem kleineren Absorberradius zugeordnet
ist (rOi), gehört zu einer niedrigeren Regelstärke
(&k/k)F als die Kurvenschar, die zu einem größeren
Absorberradius ro2 gehört. Zusätzlich führt eine Erhöhung
der Absorberdichte auf eine Erhöhung der Strahlungsdosis En, die zur Erschöpfung des Absorbers
notwendig ist. Das ist in der Fig. 12 durch die Kurven mit e12, ^22. e32 dargestellt. Aus den beiden
Kurvenscharen kann man entnehmen, daß die Regelstärke des fest eingesetzten Absorberstabs durch die
Auswahl des effektiven Radius' oder Durchmessers des Absorbermaterials bestimmt werden kann. Änderungen
in der Dichte des Absorbermaterials führen auf entsprechende Änderungen der Zeitdauer, während
der eine Regelwirkung möglich ist.
11 12
Die Regelstärke der Regelstäbe (\k/k)M) kann Neutronenfluß verteilung hervorruft, die durch eine
ebenfalls als Funktion des Orts geändert werden, an Kurve zwischen den Kurven I und III beschrieben
den ein herausnehmbarer Absorberstab in das werden kann. Aus der Kurve II (Absorberstab bei A)
Brennstoffbündel eingesetzt ist. Die Anordnung des geht hervor, daß der Neutronenfluß im Gebiet des
Absorberstabs entlang der Diagonalen des Brenn- 5 Regelstabs merklich niedriger ist, so daß die Regel-
stoffbündels macht sich in einer merklichen Umver- stärke des Regelstabs herabgesetzt ist. Andererseits
teilung des thermischen Neutronenflusses innerhalb kann man der Kurve III entnehmen, daß die Regel-
des Brennstoffbündels bemerkbar. Auf diese Weise stärke des Regeistabs erhöht wird, wenn der Absor-
kann der Neutronenfluß im Gebiet eines Regelstabs berstab an der Stelle F eingesetzt ist. Das liegt daran,
geändert werden. Die Regelstärke eines Regelstabs io daß die Neutronenflußverteilung aus der Mitte des
ist ihrerseits dem Neutronenfluß in der Umgebung Brennstoffbündels herausgedrängt wird,
des Regelstabs direkt proportional. Aus den Kurven IV, V und VI geht nun hervor,
Man hat gefunden, daß die Regelstärke eines be- daß die Neutronenflußdichte in dem Gebiet neben
wegbaren Regelstabs, der neben dem Brennstoffbün- dem Regelstab bei eingeschobenem Regelstab
del angeordnet ist, kontinuierlich größer wird, wenn »5 wesentlich niedriger als beim herausgezogenen Regelein
vorgegebener herausnehmbarer Regelstab nach- stab ist. Die Änderungen innerhalb dieser Kurveneinander
an den Stellen A bis F (Fig. 3) eingesetzt schar als Funktion vom Ort, an dem der herausnehmwird.
Das ist in der Kurve I aus Fig. 13 dargestellt. bare Absorberstab eingesetzt wird, verlaufen ähnlich,
Diese Erscheinung muß überraschen, da die Kurve I wie die Änderungen innerhalb der ersten Kurvenaus
Fig. 11 zeigt, daß die Reaktivität des Brennstoff- ao schar. Ebenso können auch andere Kurven gezeichbündels
(Ägg) erst anwächst und anschließend wieder net werden, die die Flußverteilung darstellen, wenn
abnimmt, wenn der Absorberstab an den verschiede- mehr als ein Absorberstab in das Brennstoffbündel
nen Stellen A bis F auf der Diagonalen nacheinander eingesetzt ist. Wenn man Absorberstäbe an die Stelangesetzt
wird. Es war daher vielmehr zu erwarten, len D, E oder F setzt, ist der daraus resultierende
daß die Regelstärke des fest eingesetzten Absorber- 35 Neutronenfluß im Gebiet neben dem Regelstab
stabs durch einen gleichen oder ähnlichen Kurven- größer als es üblicherweise erwartet werden kann,
verlauf in Fig. 13 beschrieben werden kann, wie es Es ist daher möglich, durch das Einsetzen von Abdurch
die Kurve II in Fig. 13 angedeutet ist. Man sorberstäben an diesen Stellen die Regelstärke des
vermutet, daß das überraschende, kontinuierliche Regelstabs zu erhöhen.
Ansteigen der Kurve I aus Fig. 3 auf eine Umlen- 30 Aus der bisherigen Beschreibung geht also hervor,
kung des Neutronenflusses im Brennstoffbündel daß man nach der Erfindung die nuklearen Eigenzurückzuführen
ist, derart, daß der Neutronenfluß im schäften des Reaktorkerns auf verschiedene Weise
Bündel um die Mitte der Bündeldiagonale quasi modifizieren kann. Die hauptsächlichsten Änderun-
»gekippt« wird, wenn der Absorberstab nacheinander gen, die durch das Brennstoffbündel nach der Eran
den Stellen/), E und F eingesetzt wird. 35 findung bewirkt werden können, sind die folgenden:
Diese Erscheinung wird durch die Kurven in 1. Verminderung oder Erhöhung des Neutronen-
F i g. 10 beschrieben. Die Kurven I, II und II zeigen multiplikationsfaktors Jtgg im unendlich ausge-
den Neutronenfluß, der sich einstellt, wenn der be- dehnten System bei völlig herausgezogenen
wegbare Regelstab vollständig herausgezogen worden Regelstäben,
ist. Die Kurven IV, V und VI zeigen die Verteilung 40 2. Erhöhung oder Verminderung der Regelstärke
des Neutronenflusses, die sich einstellt, wenn der der Regelstäbe (Ak/k)u,
bewegbare Regelstab vollständig eingeschoben ist. 3. Änderung der Dauer des Reaktorzyklus'.
Die Kurve VII zeigt die Neutronenflußdichte, auf die In den nachfolgenden Beispielen werden nun
die Kurven I bis VI normiert wurden. einige Situationen beschrieben, in denen die Anwen-
Die Kurve I aus F i g. 10 zeigt die Neutronenfluß- 45 dung von einem oder mehreren der oben beschriebe-
verteilung längs der Bündeldiagonalen 68, die sich nen Merkmale des Brennstoffbündels erforderlich
einstellt, wenn in das Bündel kein Absorberstab ein- erscheint.
gesetzt ist und wenn· der bewegbare Regelstab voll- . -I1
ständig herausgezogen ist. Die Kurve II zeigt die ' . , . Bei spie 11
Neutronenflußverteilung, die sich einstellt, wenn der 50 Verminderung des Neutronenmultiplikaüonsfaktors
Regelstab vollständig herausgezogen ist und wenn *« fur «"endlich ausgedehntes Medium bei herausein
einzelner Absorberstab an der Stellet in das gezogenen Regelstaben
Brennstoffbündel eingesetzt ist. Die Kurve III stellt In bestimmten Situationen kann es wünschenswert
die Neutronenflußverteilung längs der Bündeldiago- sein, die Größe k%& des Ersatzbrennstoffs zu vernalen
68 dar, die sich einstellt, wenn ein einzelner 55 mindern. Diese Situation kann beispielsweise auftre-Absorberstab
an der Stelle F in das Brennstoffbündel ten, wenn es notwendig wird, die Reaktoranlage
eingesetzt ist. Auch bei der Kurve III ist der Regel- außerplanmäßig früher abzuschalten. Ein solches
stab vollständig herausgezogen worden. Der Über- vorzeitiges Abschalten kann beispielsweise erfordersichtlichkeit
wegen ist nicht die gesamte Kurvenschar lieh sein, wenn in der Turbine oder in einem Genegezeigt,
das heißt, es fehlen die Neutronenflußvertei- 60 rator ein Fehler auftritt. Bei einem solchen vorzeitilungen,
die sich einstellen, wenn ein Absorberstab an gen Abschalten ist der Abbrand des Brennstoffs noch
den Stellen B, C, D, E, G und H eingesetzt ist. Die nicht weit genug gediehen, um den Ersatzbrennstoff
Kurven für diese Stellen werden aber zwischen den optimal ausnützen zu können, der mehrere Monate
Kurven II und III verlaufen. So wird beispielsweise vor dem eigentlichen planmäßigen Abschalten beein
Absorberstab an der Stelle B eine Neutronenfluß- 65 rechnet und hergestellt worden ist. Die Reaktivität
verteilung hervorrufen, die durch eine Kurve be- k%& des teilweise abgebrannten Brennstoffs im Kern
schrieben wird, die zwischen den Kurven I und II ist beim vorzeitigen Abschalten noch nicht ausliegt,
während ein Absorberstab an der Stelle E eine reichend niedrig, um mit der Reaktivität des Ersatz-
brennstoffs übereinzustimmen, dessen Anreicherungsgrad und dessen Reaktivität auf Grund der
Annahme einer geringen Reaktivität im Kern eingestellt wurden. Als Ergebnis hiervon kann nach dem
Einsetzen des Ersatzbrennstoffs in den Kern der Abschaltüberschuß des Reaktors nicht erreicht werden,
da der Neutronenmultiplikationsfaktor kSS des gesamten
Kerns mit ergänztem Brennstoff zu groß wird. Um nun den Ersatzbrennstoff dieser Situation anzupassen,
können zwei Absorberstäbe entweder an den Stellen G und H (Fig. 14 A) oder an den Stellen C
und D (Fig. 14B) eingesetzt werden. Aus Fig. 13
geht hervor, daß die dadurch bewirkte Verringerung des Faktors /fcgs praktisch keinen Einfluß auf die
Regelwirksamkeit der Regelstäbe hat. Das Einsetzen von Absorbern an den Stellen G und H hat näherungsweise
die gleiche Wirkung wie das Hinzufügen von Absorbermaterial am Punkt (G, H) auf der
Kurve I in Fig. 13 und ändert daher die Regelstärke der Regelstäbe praktisch nicht. Das liegt an der Ver- ao
drängungswirkung auf den Neutronenfluß, die bereits in Verbindung mit Fig. 13 beschrieben wurde. Das
Einsetzen zweier Absorberstäbe an den Punkten C und D führt dazu, daß der Verdrängungseffekt teilweise
wieder aufgehoben wird, den man beobachten kann, wenn nur ein Absorberstab entweder am
Punkt C oder an der Stelle D eingesetzt wird.
Erhöhung der Regelwirksamkeit der bewegbaren
Regelstäbe (&k/k)n
Regelstäbe (&k/k)n
Wenn die Reaktoranlage außergewöhnlich früh abgeschaltet wird, so daß der Reaktorkern gegenüber
der angenommenen Reaktivität zum Zeitpunkt des planmäßigen Abschaltens einen großen Reaktivitäts-Überschuß
besitzt, und wenn mit einer besonders großen Regelwirksamkeit einzelner Absorberstäbe
keine Schwierigkeit verbunden ist, kann es wünschenswert sein, den Faktor k\& des Brennstoffs zu
vermindern und gleichzeitig die Regelwirksamkeit zu erhöhen. Dieses Ziel läßt sich erreichen, wenn
man einen Absorberstab an der Stelle F einsetzt, wie es in Fig. 15 dargestellt ist. Aus der Kurve I aus der
Fig. 13 kann man entnehmen, daß die Regelwirksamkeit
des Regelstabs merklich erhöht wird, während aus der Kurve I aus Fig. 11 hervorgeht, daß
gleichzeitig dadurch die Reaktivität des Brennstoffbündels herabgesetzt wird. Aus den vorstehenden Erörterungen
der Fig. 10 geht ebenfalls hervor, daß man auch einen oder mehrere Absorberstäbe an die
Stellen D, E und F einsetzen kann. Das hängt davon ab, in wieweit die Regelwirksamkeit des Regelstabs
erhöht und/oder der Faktor Alis des Brennstoffs erniedrigt
werden soll. Man muß hierbei jedoch darauf achten, daß der notwendige Abschaltüberschuß der
Regelstäbe gewährleistet ist, wenn der Reaktor wieder in Betrieb genommen wird. Es ist nämlich denkbar,
daß die Absorberwirkung der herausnehmbaren Absorberstäbe sehr früh erschöpft ist, so daß die
Reaktivität des Brennstoffbündels oder des ganzen Kerns wieder so hoch wird, daß eine Abschaltwirkung
mit den Regelstäben alleine nicht mehr erreicht werden kann.
Beispiel 3
Verminderung der Regelwirksamkeit der Regelstäbe
Verminderung der Regelwirksamkeit der Regelstäbe
Um eine bessere radiale Leistungsverteilung innerhalb
des Reaktors zu erhalten, kann es günstig sein, die Regelwirksamkeit sämtlicher Regelstäbe des
Reaktors herabzusetzen. Weiterhin kann es günstig sein, die Regelwirksamkeit eines Regelstabs an einem
ganz bestimmten Ort innerhalb des Reaktorkerns zu vermindern. Hierzu braucht man nur einen oder
mehrere Absorberstäbe an den Stellen Λ, B oder C (F i g. 3) in das oder die Brennstoffbündel einzusetzen.
Wenn man beispielsweise Absorberstäbe an den Stellen A, B und C einsetzt, wie es in Fig. 16 dargestellt
ist, so kann man der Kurve I aus Fig. 11 entnehmen, daß der Faktor ABS des Brennstoffs vermindert
wird. Aus der Kurve I aus Fig. 13 geht hervor, daß die Regelwirksamkeit der Regelstäbe ebenfalls
vermindert wird. Wie stark nun die Regelwirksamkeit sämtlicher Regelstäbe herabgesetzt wird, hängt von
der Anzahl der Brennstoffbündel ab, in die Absorberstäbe eingesetzt werden, sowie von der Anzahl der
Absorberstäbe und den Stellen in dem jeweiligen Brennstoffbündel, an denen diese Stäbe eingesetzt
werden. Die Verminderung der Regelwirksamkeit eines bestimmten Drehstabs ist durch die Anzahl und
den Ort von Absorberstäben in einem bestimmten Brennstoffbündel bestimmt.
Im Beispiel nach Fig. 16 sind Absorberstäbe an
den Stellend, B und C angeordnet. Bei einer vorgegebenen
Regelwirksamkeit dieser Absorberstäbe resultiert hieraus die größtmögliche Verminderung
der Regelwirksamkeit aller Regelstäbe als auch eines bestimmten Regelstabs. Das kann man aus der
Kurve I aus Fig. 13 folgern, aus der zu sehen ist, daß Absorberstäbe an den Stellen C, B und A auf
eine immer größer werdende Verminderung der Regelwirksamkeii eines Regelstabs führen. Die gesamte
Verminderung der Wirksamkeit eines bewegbaren Regelstabs ist geringer als die Summen der
Verminderungen, die jeweils ein Absorptionsstab an den Stellend, B und C hervorruft. Die Gesamtverminderung
der Regelwirksamkeit aller drei Stäbe zusammengenommen, ist jedoch größer als die Verminderung
der Regelwirksamkeit, die irgendeiner dieser Stäbe für sich allein hervorruft. Wenn eine
kleinere Reduzierung der Regelwirksamkeit der Regelstäbe erforderlich ist, genügt es, eine geringere
Anzahl von Absorberstäben an einer der Stellen A, B oder C einzusetzen.
Wenn dagegen die Regelwirksamkeit noch stärker vermindert werden soll, kann man den Radius des
Absorbermaterials in den Absorberstäben vergrößern.
Erhöhung des Neutronenmultiplikationsfaktors kig
für ein unendlich ausgedehntes Gebiet mit herausgezogenen Regelstäben
für ein unendlich ausgedehntes Gebiet mit herausgezogenen Regelstäben
Unter bestimmten Umständen kann es wünschenswert sein, den Faktor kXS des Reaktorkerns zu erhöhen,
der bereits benutzte Brennstoffbündel enthält. Dieses kann beispielsweise auftreten, wenn der Betrieb
der Kernreaktoranlage ausgedehnt und. damit das Abschalten nach Plan verschoben werden muß,
weil eine andere Anlage, die das gleiche Stromnetz beliefert, außerplanmäßig stillgelegt worden ist. Unter
diesen Bedingungen ist die Reaktivität der Ersatzbrennstoffbündel (die mehrere Monate im voraus
hergestellt worden sind) nicht groß genug, um den Reaktorkern bis zum nächsten planmäßigen Abschalten
auf voller Betriebsleistung zu halten. Häufig ist es
15 16
zu einem solchen Zeitpunkt nicht zweckmäßig, einen gen vergrößert werden soll, muß der Faktor k'& des
größeren Anteil des teilweise benutzten Brennstoffs neuen Brennstoffs vermindert werden, wie es im Beiherauszunehmen und durch neuen Brennstoff zu er- spiel 1 angegeben ist, um den Bedingungen im
setzen. In einem solchen Fall können an einer oder Reaktor zum Zeitpunkt des späteren Abschaltens zu
mehreren der Stellen A, B, C, D, E, F, G und H 5 geniigen. Zusätzlich muß bei der Erhöhung oder
(F i g. 3 und 17) herausnehmbare Stäbe mit einer Verminderung der Zahl der auszutauschenden
größeren Reaktivität eingesetzt werden, also Stäbe, Brennstoffbündel die atomare Absorberdichte in den
die weniger Absorptionsmaterial und/oder Brenn- herausnehmbaren Stäben geändert werden, um auch
stoff mit einem höheren Anreicherungsgrad auf- die Absorptionseigenschaften den geänderten Beweisen.
Zusätzlich zu der Einstellung der Reaktivität to triebszeiten anzupassen. Entweder muß man dafür
kann auch noch ein Absorberstab beispielsweise an sorgen, daß die Absorptionswirkung der Absorber
der Stelle B eingesetzt werden, um die ursprüngliche nicht zu rasch erschöpft wird, oder man muß dafür
Regelwirksamkeit der Regelstäbe beizubehalten. Das sorgen, daß die Absorptionswirkung am Ende eines
kann beispielsweise nötig sein, um den ausreichenden Betriebszyklus erschöpft ist. Das hängt davon ab, ob
Abschaltüberschuß zu gewährleisten. Zusätzlich kön- 15 der Betriebszyklus des Reaktors verlängert oder vernen
in die bereits benutzten Brennstoffbündel, die kürzt werden soll. Durch das Brennstoffbündel ist es
nicht ersetzt worden sind, herausnehmbare Stäbe mit möglich, Absorberstäbe gegen andere Absorberstäbe
angereichertem Brennstoff an irgendeiner der Stel- mit der gewünschten atomaren Absorberkonzentralen
A bis H eingesetzt werden, um die Reaktivität tion auszutauschen, so daß Betriebsplanänderungen
der einzelnen bereits benutzten Brennstoffbündel zu 20 berücksichtigt werden können, die ganz kurzfristig
erhöhen. durchgeführt werden.
R . Aus der Beschreibung und aus den vorstehenden
.A. ,· , B ei s pie 15 Beispielen geht hervor, daß das Brennstoffbündel
Änderung der Dauer des Reaktorzyklus ,^ SQ ein 5 gestellt werden kann>
daß es den gerade
Wenn Änderungen in der Betriebsplanung für eine 25 herrschenden Bedingungen in einem Reaktor best-Kernreaktoranlage
auftreten, kann es wünschens- möglich angepaßt ist. Dieses kann entweder durch
wert sein, die Zeitspannen zwischen dem Stillegen Modifizierung der neu einzusetzenden Brennstoffdes
Reaktors zum Einsetzen neuen Brennstoffs zu bündel geschehen, oder aber durch Modifizierung
verkürzen oder auszudehnen. Solche Änderungen in der bereits verwendeten Brennstoffbündel, die nach
der Betriebsplanung können beispielsweise durch 30 Plan noch nicht ausgetauscht werden sollen. Es könunvorhergesehene
Kapazitätsänderungen bedingt nen Brennstoffbündel verwendet werden, bei denen sein, durch die das Stillegen des Reaktors zu ungün- Öffnungen für die herausnehmbaren Stäbe sowohl
stigen Zeitpunkten im Jahr erforderlich wird. Solche auf der Bündeldiagonalen als auch an Stellen vorÄnderungen
in den Zeitspannen zwischen dem Be- gesehen sind, die zur Bündeldiagonalen symmetrisch
schicken des Reaktors mit neuem Brennstoff können 35 liegen. In manchen Fällen kann es weiterhin günstig
es notwendig machen, daß mehr oder weniger Brenn- sein, längs der Diagonalen oder an dazu symmetristoffbündel
in den Reaktor eingesetzt werden müs- sehen Stellen eine geringere Anzahl von Stellen zum
sen. Wenn die Zeitspanne zwischen zwei Beschickun- Einsetzen herausnehmbarer Stäbe vorzusehen.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Kernreaktor mit einer Anordnung von mehreren quadratischen Brennstoffbündeln, die
jeweils an zwei Seiten einem Regelstab von kreuzförmigem Querschnitt benachbart sind, wobei
jedes Brennstoffbündel aus einer Vielzahl von in einer quadratischen Anordnung an ihren Enden
durch je eine Halterungsplatte gehaltenen, mit Brennstoff versehenen Stäben besteht, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens ein Stab (76') derart in den Halterungsplatten des Brennstoffbündels
gehaltert ist, so daß er einzeln ohne Lösung der Halterung für die übrigen Stäbe des
Brennstoffbündels auswechselbar ist.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Halterungsplatten
mindestens eine öffnung aufweist, die ein Einsetzen oder Herausnehmen des auswechselbaren
Stabs (76') in Stabrichtung erlaubt, und daß der auswechselbare Stab an seinem in der
Halterungsplatte gehaltenen Ende einen sich radial erstreckenden Stift aufweist, durch den der
Stab unter Drehung in einem Schlitz der Halterungsplatte ver- oder entriegelbar ist.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einzeln auswechselbare
Stab (76') in dem Brennstoffbündel an einem der Stabplätze auf einer Verbindungslinie
(Diagonale 68) von Stabplätzen, die sich von dem Stabplatz, der den Kreuzungspunkt des Regelstabs
mit kreuzförmigem Querschnitt am nächsten liegt, bis zu dem Stabplatz erstreckt, der von diesem
Kreuzungspunkt am meisten entfernt liegt, oder an einem der Stabplätze längs der Diagonale
angeordnet ist.
4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Stäben (76,
76^ zwei einzeln austauschbare Stäbe (76') umfaßt, die symmetrisch auf entgegengesetzten
Seiten der Diagonalen (68) angebracht sind.
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