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Title:
CONTAINER FOR ACCOMMODATING AND DIFFUSING A MOLTEN REACTOR CORE AND A NUCLEAR POWER STATION FITTED WITH SAID CONTAINER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/025273
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a container (1) for accommodating and diffusing a molten reactor core (27) in a nuclear power station with a structured cartridge-like bottom (3). The bottom (3) consists of a good thermoconductive material, multiple geodetically uppermost-lying points (4), multiple geodetically lowermost-lying points (5) and an outer wall (15). The outer wall (15) runs ascendingly between a geodetically lowermost-lying point (5) and an adjacent geodetically uppermost-lying point (4). A steam pipe runs through the inside (17) of the container at each geodetically uppermost-lying point (4). The container (1) enables external cooling of the molten reactor core (27), thereby avoiding the formation of radioactive aerosols, the risk of steam explosion and the formation of hydrogen. Cooling is particularly effective on account of the ascending run of the external wall, since the formation of a fixed localized vapor zone accompanying lower thermoconductivity is prevented. The invention also relates to a nuclear power station with a container (1) for accommodating and diffusing a molten reactor core.

Inventors:
KOLEV NIKOLAY-IVANOV (DE)
Application Number:
PCT/EP1996/005450
Publication Date:
June 11, 1998
Filing Date:
December 05, 1996
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
KOLEV NIKOLAY IVANOV (DE)
International Classes:
G21C9/016; (IPC1-7): G21C9/016
Foreign References:
FR2341181A11977-09-09
EP0514243A11992-11-19
EP0587959A11994-03-23
DE4322107A11995-01-12
DE19527462C11996-12-05
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Claims:
Patentansprüche
1. Behälter (1) zur Aufnahme und Ausbreitung von Kernschmelze (27) einer Kernkraftanlage mit einem strukturierten Boden (3), der a) ein gut wärmeleitfähiges Material aufweist, b) eine Mehrzahl von geodätisch tiefstliegenden Punkten (5) und eine Mehrzahl von geodätisch höchst liegenden Punkten (4) hat, c) eine Au enwandung (15) besitzt, die zwischen einem geodä tisch tiefstliegenden Punkt (5) und einem benachbarten geodätisch höchstliegenden Punkt (4) steigend verläuft, wobei an jedem geodätisch höchstliegenden Punkt (4) eine durch das Behälterinnere (17) verlaufende Dampfleitung (6) vorgesehen ist.
2. Behälter (1) nach Anspruch 1, bei dem der Boden (3) eine Innenwandung (16) hat, die zwischen einem geodätisch höchst liegenden Punkt (4) und einem benachbarten geodätisch tiefst liegenden Punkt (5) steigend verläuft.
3. Behälter (1) nach Anspruch 1 oder 2, der mit einer Decke (7) aus gut wärmeleitfähigem Material geschlossen ist.
4. Behälter (1) nach Anspruch 3, bei dem die Decke (7) durch dringend Leitungen (8) vorgesehen sind, die mit einem diffe renzdruckabhängigen Sperrelement (9) für eine Fluidströmung versperrt sind.
5. Behälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Boden (3) um einen jeweiligen geodätisch höchstlie genden Punkt (4) kuppelförmig oder pyramidenförmig ausgebil det ist.
6. Behälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Boden (3) eine Wandstärke von 1 cm bis 10 cm hat.
7. Behälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Boden (3) aus einem Metall besteht.
8. Kernkraftanlage mit einem Reaktordruckbehälter (10), wel cher in einer Reaktorgrube (11) angeordnet ist und einen Re aktorkern (12) enthält, mit einem Behälter (1) zur Aufnahme und Ausbreitung von Kernschmelze (27) der mit der Reaktor grube (11) verbindbar ist, mit einer Wandpartie (2) und einem Bodenpartie (3), der a) ein gut wärmeleitfähiges Material aufweist, b) eine Mehrzahl von geodätisch tiefstliegenden Punkten (5) und eine Mehrzahl von geodätisch höchstliegenden Punkten (4) hat, c) eine Au enwandung (15) besitzt, die zwischen einem geodä tisch tiefstliegenden Punkt (5) und einem benachbarten geodätisch höchstliegenden Punkt (4) steigend verläuft und mit einer Kühlflüssigkeit (13) umgebbar ist, wobei an jedem geodätisch höchstliegenden Punkt (4) eine durch das Behälterinnere (17) verlaufende Dampfleitung (6) vorgesehen ist.
9. Kernkraftanlage nach Anspruch 8, bei der der Behälter (1) mit einer Decke (7) aus wärmeleitfähigem Material geschlossen ist.
10. Kernkraftanlage nach Anspruch 9, bei der der Behälter (1) bei einem Störfall mit abschmelzendem Reaktorkern (12) voll ständig mit einer Kühlflüssigkeit (13) umgeben ist.
11. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der der Behälter (1) im normalen Betrieb vollständig mit ei ner Kühlflüssigkeit (13) umgeben ist.
12. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei der der Behälter (1) an einer Tragstruktur (14) wärmebeweg lich befestigt ist.
13. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei der der Behälter (1) eine Querschnittfläche von 100 m2 bis 200 m2 hat.
Description:
Beschreibung Behälter zur Aufnahme und Ausbreitung von Kernschmelze sowie Kernkraftanlage mi einem solchen Behälter Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Aufnahme und Aus- breitung von Kernschmelze einer Kernkraftanlage mit einer Wandpartie und einem Boden sowie eine Kernkraftanlage mit ei- nem Reaktordruckbehälter, welcher in einer Reaktorgrube ange- ordnet ist und einen Reaktorkern enthält, und mit einem Be- hälter zur Aufnahme und Ausbreitung von Kernschmelze.

Bei der sicherheitstechnischen Auslegung von Kernkraftanla- gen, insbesondere Leichtwasser-Kernkraftanlagen, wird auch die Beherrschung von äu erst unwahrscheinlichen Störfällen, bei denen der Reaktorkern abschmilzt, berücksichtigt. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, da unmittelbar unterhalb oder seitlich unterhalb des Reaktordruckbehälters ein Raum vorgesehen ist, in dem durch einen abschmelzenden Reaktorkern entstehende Kernschmelze aufgefangen und abgekühlt werden kann, so da keine Beeinträchtigung der Umgebung besteht. Die Auswirkungen eines solch unwahrscheinlichen Störfalles blie- ben somit auf die Kernkraftanlage beschränkt. Bei einer seit- lichen Anordnung ist, wie in der WO 94/29876 beispielsweise beschrieben, der Auffangraum gro flächig ausgebildet. Hier- durch kann sich Kernschmelze gro flächig mit einer geringen Schichtdicke ausbreiten, wodurch eine gro e Oberfläche ent- steht, die wirksam kühlbar ist. Von der Reaktorgrube, in die der Reaktordruckbehälter aufgenommen ist, führt unterhalb des Reaktordruckbehälters eine Durchführung zu dem Ausbreitungs- raum. Diese Durchführung ist während eines normalen Betriebes der Kernkraftanlage verschlossen. Der Ausbreitungsraum sowie die Reaktorgrube sind während des normalen Betriebes frei von Wasser, so da bei einem Austritt von Kernschmelze eine

Dampfexplosion sicher vermieden wird. Erst wenn die Kern- schmelze in den Ausbreitungsraum eintritt, erfolgt auf passi- ve Art und Weise ein Einleiten von Wasser in den Aus- breitungsraum. Hierbei entstehender Dampf kann gro flächig aus dem Ausbreitungsraum abgeführt werden. Auf alle Fälle ist sichergestellt, da keine unkontrollierte Dampfbildung in der Reaktorgrube stattfindet.

Aus der DE 43 22 107 Al ist eine Einrichtung zum Auffangen und Kühlen von Kernschmelze bekannt, bei der ein Kühlmittel durch Kühlkanäle flie t, die im Boden einer Ausbreitungs- kammer für Kernschmelze angeordnet sind. Dadurch wird nur der Boden gekühlt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Auffangbehälter für Kern- schmelze einer Kernkraftanlage anzugeben, mit dem eine noch wirksamere und passive Kühlung der Kernschmelze mit allen- falls einer geringen und kontrollierten Bildung von Dampf ge- währleistet ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kernkraftanlage mit einem Auffangbehälter für Kernschmelze anzugeben, bei der die Bildung von Dampf und Wasserstoff bei Austritt von Kernschmelze weitgehend unterbunden ist.

Erfindungsgemä wird die auf einen Behälter gerichtete Aufga- be durch einen Behälter zur Aufnahme und Ausbreitung von Kernschmelze einer Kernkraftanlage gelöst, der einen struktu- rierten Boden hat, welcher a) ein gut wärmeleitfähiges Material aufweist, b) eine Mehrzahl von geodätisch höchstliegender Punkte und eine Mehrzahl geodätisch tiefstliegender Punkte hat, c) eine Au enwandung besitzt, die zwischen einem tiefstlie- genden Punkt und einem benachbarten höchstliegenden Punkt steigend verläuft, wobei an jedem geodätisch höchstlie-

genden Punkt eine durch das Behälterinnere verlaufende Dampfleitung vorgesehen ist.

Die geodätisch höchst liegenden Punkte sind hierbei als lokale Maxima des Bodens zu verstehen, die in einer Ebene oder auf unterschiedlichen geodätischen Höhen liegen können. Die geo- dätisch tiefstliegenden Punkte sind lokale Minima des Bodens, die in einer Ebene oder auf geodätisch unterschiedlichem Ni- veau liegen können. Ein steigender Verlauf der Au enwandung des Bodens zwischen einem geodätisch höchstliegenden Punkt und einem dazu benachbarten geodätisch tiefstliegenden Punkt bedeutet, da zwischen diesen beiden Punkten ein horizontaler Verlauf, d.h. ein Verlauf auf einem konstanten geodätischen Niveau, weitgehend ausgeschlossen ist. Dies hat den Vorzug, da Kühlflüssigkeit, die au en an dem steigenden bzw. fal- lenden Boden anliegt, durch Erwärmung an dem Boden nach oben aufsteigt und sich darin bildende Dampfblasen über die Dampf- leitung abführbar sind. Diese sind so ausgelegt, da ein Zweiphasengemisch (Dampf/Kühlflüssigkeit) selbst in einer transienten Strömungsphase in ausreichender Menge durchströ- men kann. Sie bestehen beispielsweise aus einem wärmeisolie- renden Material oder sind mit einem solchen Material umgeben.

Mit dem steigenden Verlauf wird wirksam verhindert, da sich ein Dampfblasenbereich an der Au enseite des Bodens bildet und damit die Wärmeübertragung aus dem Behälter heraus an die Kühlflüssigkeit beeinträchtigt wird. Besonders vorteilhaft ist es, da die in den Behälter einströmende Kernschmelze nicht unmittelbar in Kontakt mit einer Kühlflüssigkeit ge- langt und somit eine unkontrollierte Dampfbildung, Dampfex- plosion, sicher verhindert ist. Es erfolgt lediglich ein Wär- meaustausch zwischen der Kernschmelze und einer den Boden um- gebenden Kühlflüssigkeit bzw. einer an den Behälter ange- schlossenen Kühlvorrichtung. Durch Vermeidung eines direkten Kontaktes von Metall, welches im Nachgang zu der Kernschmelze in den Behälter einströmen kann, wird zudem eine wasserstoff-

bildende Reaktion zwischen einer Kühlflüssigkeit, insbeson- dere Wasser, und diesem Metall vermieden.

Vorzugsweise verläuft der Boden zwischen einem geodätisch tiefstliegenden Punkt und einem benachbarten geodätisch höchstliegenden Punkt mit einer streng monotonen Steigung, wobei die Steigung zwischen einem geodätisch tiefstliegenden Punkt und einem geodätisch höchstliegenden Punkt konstant sein kann. Hierdurch ist der Boden fertigungstechnisch beson- ders einfach herstellbar.

Der Boden hat vorzugsweise eine Wandstärke von 1 cm bis 10 cm, insbesondere 5 cm, wobei die Wandstärke besonders bei einem Boden, welcher als wärmeleitfähiges Material einen Stahl aufweist, bevorzugt verwendet wird. Da der Boden un- mittelbar mit der Kernschmelze in Berührung kommt, ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials für den Boden so zu wählen, da möglichst schnell eine Krustenbildung im Bereich des Bo- dens erfolgt. Ein Stahl verfügt über eine so hohe Wärme- leitfähigkeit, da innerhalb weniger Minuten eine Erstarrung der Kernschmelze unmittelbar in der Umgebung des Bodens er- reichbar ist.

Der Behälter ist vorzugsweise mit einer Decke aus einem gut wärmeleitfähigen Material geschlossen. Bei Eindringen von Kernschmelze in den Behälter gelangt die Decke zwar nicht in unmittelbaren Kontakt mit der Kernschmelze aber infolge von Wärmestrahlung wird dennoch eine hohe thermische Belastung auf die Decke ausgeübt. Deshalb ist die Decke bevorzugt so auszulegen, da die über Wärmestrahlung abgegebene Wärme schnell abführbar ist. Die Decke kann hierbei an ein separa- tes Kühlsystem angeschlossen oder insbesondere über die Dampfleitungen mit einer den Boden umgebenden Kühlflüssigkeit verbunden sein.

Um eine Überdruckbildung in dem Behälter zu vermeiden sind durch die Decke Leitungen geführt, die mit einem differenz- druckabhängigen Sperrelement für eine Fluidströmung versperrt sind. Das Sperrelement kann beispielsweise eine Einwegberst- membran sein. Eine Auslösung der Berstmembran erfolgt vor- zugsweise nur bei einem solchen Differenzdruck, bei dem der Druck innerhalb des Behälters höher als au erhalb des Behäl- ters ist. Hierzu ist die Berstmembran beispielsweise zu dem Behälter hin mit einem metallischen Unternetz abgestützt. Die die Decke durchdringenden Leitungen sind geodätisch so hoch geführt, da sie über das Niveau einer der Kühlung der Decke dienenden Kühlflüssigkeit hinausragen.

Der Boden des Behälters weist vorzugsweise singuläre geodä- tisch höchstliegende Punkte auf, die die Spitze einer jewei- ligen Pyramide, eines Kegels oder einer Halbschale (Kuppel) darstellen. Die Kuppeln oder Pyramiden (Kegel) haben einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt. Andere Quer- schnittsformen, beispielsweise dreieckig oder oval, sind selbstverständlich ebenfalls möglich.

Der Boden des Behälters hat in diesem Fall eine gitterartige Struktur, wobei die geodätisch tiefstliegenden Punkte auf Gitterlinien liegen und in den durch die Gitterlinien gebil- deten Drei,- oder Vierecken im wesentlichen singuläre geodä- tisch höchstliegende Punkte angeordnet sind. An den singulä- ren geodätisch höchst liegenden Punkten kann besonders einfach eine jeweilige Dampfleitung angeschlossen werden. Die geodä- tisch höchstliegenden Punkte sowie die geodätisch tiefstlie- genden Punkte können ebenfalls auf sich nicht schneidenden Linien angeordnet sein, so da der Boden mit sich nicht schneidenden, im wesentlichen zueinander parallelen, Furchen strukturiert ist. Auch können die sich kreuzenden Gitterli-

nien durch die geodätisch tiefstliegenden Punkte gebildet sein.

Die auf eine Kernkraftanlage bezogene Aufgabe wird durch eine Kernkraftanlage gelöst, die einen Reaktordruckbehälter, der in einer Reaktorgrube angeordnet ist und den Reaktorkern ent- hält und die einen Behälter zur Aufnahme und Ausbreitung von Kernschmelze aufweist, welcher mit der Reaktorgrube verbind- bar ist. Der Behälter hat einen Boden, der ein gut wärmeleit- fähiges Material, eine Mehrzahl von geodätisch höchstliegen- den Punkten und eine Mehrzahl von geodätisch tiefstliegenden Punkten sowie eine Au enwandung aufweist, wobei die Au en- wandung zwischen einem geodätisch tiefstliegenden Punkt und einem benachbarten geodätisch höchstliegenden Punkt steigend verläuft und mit einer Kühlflussigkeit umgebbar ist. Zudem ist an einem geodätisch höchstliegenden Punkt eine durch das Behälterinnere verlaufende Dampfleitung vorgesehen. Eine sol- che Kernkraftanlage mit einem Behälter zur Aufnahme und Aus- breitung von Kernschmelze, dessen Boden abwechselnd steigend und fallend verläuft und von au en her mit einer Kühlflüssig- keit kühlbar ist, gewährleistet, da die im Behälter auf dem Boden gesammelte und zurückgehaltene Kernschmelze effektiv gekühlt wird, ohne da sich an der Au enwandung des Bodens ein schlecht wärmeleitender Dampffilm bildet. Mit der Vermei- aung eines solchen Dampf filmes ist eine effektive Kühlung und ein sicherer Einschlu der Kernschmelze gewährleistet. Insbe- sondere erfolgt aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Bo- dens eine schnelle Krustenbildung der Schmelze im Bereich des Bodens. Eventuell an der Au enwandung sich bildender Dampf wird effektiv über die Dampfleitungen abgeführt, wozu diese jeweils an einem geodätisch höchstliegenden Punkt des Bodens vorgesehen sind, zu dem der entstehende Dampf aufsteigt. Der Boden ist vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere einem Stahl gefertigt. Die Wandpartie des Behälters kann ebenfalls

aus einem gut wärmeleitenden Material, einem Metall bestehen.

Sie kann aber auch in eine Tragstruktur der Kernkraftanlage, insbesondere einer Betonstruktur integriert sein. Die Dampfleitung kann alternativ aus einem wärmeleitfähigen oder wärmeisolierenden Material hergestellt sein. Durch eine Au- enkühlung des Behälters ohne direkten Kontakt der Kern- schmelze mit der Kühlflüssigkeit wird sowohl eine Dampfexplo- sion als auch die Bildung von Wasserstoff, insbesondere durch das in der Kernschmelze mitgeführte geschmolzene Metall der Kernkraftanlage, mit Sicherheit vermieden. Auch wird die Bil- dung von radioaktiven Aerosolen an der Oberfläche der Kern- schmelze durch die Vermeidung eines direkten Kontaktes mit der Kühlflüssigkeit deutlich reduziert. Darüber hinaus wird, wenn Aerosole entstehen, deren Ausbreitung auf einen engen Raumbereich begrenzt. Insbesondere werden keine Aerosole an die Umgebung der Kernkraftanlage abgegeben.

Der Behälter ist vorzugsweise mit einer Decke aus einem wär- meleitfähigem Material geschlossen, welches geeignet ist, die von einer Kernschmelze abgegebene thermische Strahlungs- leistung aufzunehmen und an ein Kühlsystem oder unmittelbar an eine Kühlflüssigkeit abzugeben. Hierdurch ist gewährlei- stet, da sowohl über den unmittelbar mit der Kernschmelze in Kontakt stehenden Boden ausreichend Wärmeenergie abgeführt sowie auch die über Wärmestrahlung abgegebene Wärme der Schmelze in kurzer Zeit an der Decke aufgenommen wird.

Vorzugsweise ist der Behälter vollständig mit einer Kühlflüs- sigkeit umgeben. Die Kühlflüssigkeit kann den Behälter be- reits während eines normalen Betriebes der Kernkraftanlage umgeben oder wird bei Auftreten eines Störfalls mit abschmel- zendem Reaktorkern durch Flutung zugeführt. In beiden Fällen ist mit Sicherheit gewährleistet, da bei einem Störfall mit abschmelzendem Reaktorkern bei Eindringen der Kernschmelze in

den Behälter dieser zum Zwecke der Kühlung vollständig mit einer Kühlflüssigkeit umgeben ist.

Je nach Dimensionierung und Wahl der Materialien kann der Be- hälter an einer Tragstruktur der Kernkraftanage von oben be- festigt, insbesondere aufgehängt sein, oder von unten ab- gestützt bzw. verankert werden. Eine Befestigung des Behäl- ters erfolgt vorzugsweise so, da er thermisch beweglich ist, wodurch bei einem Einströmen der Kernschmelze das Auftreten von thermischen Spannungen vermindert wird. Der Behälter ist vorzugsweise geodätisch unterhalb des Reaktordruckbehälters mit einer Öffnung der Reaktorgrube verbunden, beispielsweise über einen Kanal, eine Rutsche oder ähnlichem.

Für eine effektive gro flächige Ausbreitung der Kernschmelze hat der Behälter vorzugsweise eine horizontale Querschnitts- 2 2 2 fläche von 100 m bis 200 m , insbesondere 170 m . Durch den steigenden und fallenden Verlauf des Bodens des Behälters ist die tatsächlich zur Kühlung durch unmittelbaren Kontakt mic der Kernschmelze zur Verfügung stehende Oberfläche des Bodens deutlich grö er als dessen horizontale Querschnittsfläche.

Durch Wahl der Strukturierung des Bodens kann somit je nach Anforderung die Kühlleistung des Behälters sowie die .E.usbrei- tung der Kernschmelze bestimmt werden.

Anhand der Zeichnung wird der Behälter sowie die Kernkraftan- lage näher erläutert. Es zeigen: FIG 1 einen Längsschnitt einer Kernkraftanlage, FIG 2 eine räumliche Darstellung eines Behälters zur Auf- nahme der Kernschmelze in vergrö ertem Ma stab,

FIG 3 ein Detail aus Figur 2 in nochmals vergrö ertem Ma - stab in einem Längsschnitt, und FIG 4 sowie FIG 5 einen Querschnitt durch den Boden des Behälters.

In Figur 1 ist schematisch in einem Längsschnitt eine Kern- kraftanlage dargestellt. In einem Sicherheitsbehälter 22 ist ein Reaktordruckbehälter 10 in einer Reaktorgrube 11 gehal- tert. Der Reaktordruckbehälter 10 beinhaltet den Reaktorkern 12. Geodätisch unterhalb des Reaktordruckbehälters 10 sind in der Reaktorgrube 11 Füllkörper 21 angeordnet, die das freie Volumen der Reaktorgrube 11 unterhalb des Reaktordruckbehäl- ters 10 verkleinern. Geodätisch unterhalb und seitlich des Reaktordruckbehälters 10 hat die Reaktorgrube 11 eine Durch- la öffnung, welche in einen Auffangraum 23 für Kernschmelze 27 mündet. Die Durchla öffnung 19 ist beidseitig mit einem jeweiligen Verschlu element 20 wasserdicht während des norma- len Betriebes der Kernkraftanlage verschlossen. In der Reak- torgrube 11 ist vor dem zugehörigen Verschlu element 20 ein Füllkörper 21 angeordnet, welcher bei Kontakt mit einer Kern- schmelze 27 aufschmilzt und den eg zu dem Verschlu element 20 freigibt, welches ebenfalls bei Kontakt mit der Kern- schmelze 27 versagt und die Durchla öffnung 19 frei gibt. In dem Auffangraum 23 ist unmittelbar mit der Durchla öffnung 19 verbunden ein Behälter 1 zur Aufnahme und Ausbreitung der Kernschmelze 27 angeordnet. Dieser Behälter 1 hat eine Ein- trittsöffnung 18 in das Behälterinnere 17, eine Wandpartie 2, einen Boden 3 sowie eine Decke 7. Boden 3 und Decke 7 sind aus einem gut wärmeleitfähigem Material, insbesondere einem Stahl, gefertigt. Der Boden 3 hat im Längsschnitt gesehen ei- nen zickzackförmigen Verlauf. Der Auffangraum 23 ist bereits während des normalen Betriebes der Kernkraftanlage bis zu ei- nem Niveau 24 mit Kühlflüssigkeit 13 gefüllt, wobei das Ni-

veau 24 geodätisch oberhalb der Decke 7 liegt. Die Füllung des Auffangraumes 23 mit Kühlflüssigkeit 13 kann auch nach dem Austreten von Kernschmelze aus dem Reaktordruckbehälter 10 und vor dem Eintreffen der Kernschmelze 27 im Behälter 1 erfolgen. Der Behälter 1 ist somit in jedem Fall vor dem Ein- treffen der Kernschmelze 27 vollständig von der Kühlflüssig- keit 13 umgeben. Während des normalen Betriebes oder während einer Störung des Betriebs der Kernkraftanlage anfallendes Kondensat kann somit gefahrlos in den Auffangraum 23 geführt werden. Der Auffangraum 23 wird durch eine Tragstruktur 14, insbesondere aus Beton, gebildet, welche auch der Befesti- gung des Behälters 1 dient. Der Auffangbehälter 23 hat eine Austrittsöffnung 26, die zu einem Dampfabzugskanal 25 führt.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Folgenden auch gleiche Gegenstände.

Figur 2 zeigt in einer räumlichen Darstellung in einem ver- grö erten Ma stab den Auffangraum 23 gemä Figur 1. Der Auf- fangraum 23 sowie der Behalter 1 haben jeweils eine Quer- schnittsfläche, die einem Kreisringsegment entsprechen kann.

Der Behälter 1 weist zur Reaktorgrube 11 hin eine Eintritts- öffnung 18 auf, die mit der Durchla öffnung 19 der Reaktor- grube 11 verbunden ist. Durch diese Eintrittsöffnung 18 kann Kernschmelze 27 in den Behälter eintreten. Der Behälter 1 hat einen Boden 3, welcher eine Mehrzahl von geodätisch höchst- liegenden Punkten 4 und einer Mehrzahl geodätisch tiefstlie- gender Punkte 5 aufweist. Die geodätisch höchstliegenden Punkte 4 sowie die geodätisch tiefstliegenden Punkte 5 sind jeweils in einer entsprechenden Ebene angeordnet. Au enwan- dung 15 sowie Innenwandung 16 des Bodens 3 verlaufen zu den geodätisch höchstliegenden Punkten jeweils mit derselben kon- stanten Steigung. An den geodätisch höchstliegenden Punkten 4 ist jeweils eine vertikal durch das Behälterinnere 17 hin- durchlaufende Dampf leitung 6 angeschlossen, die an der Decke

7 in den Auffangraum 23 öffnet. Hierdurch ist eine Verbindung zwischen der geodätisch unterhalb des Bodens 3 und der geodä- tisch oberhalb der Decke 7 vorhandenen Kühlflussigkeit 13, insbesondere Kühlwasser, gegeben. Der Behälter 1 ist mit der Tragstruktur 14 der Kernkraftanlage über eine Mehrzahl von Befestigungselementen 98 verbunden. Diese Befestigungs- elemente 28 sind jeweils an der Decke 7 befestigt, so da der Behälter 1 wärmebeweglich in dem Auffangraum 23 ist. An der Decke 7 sind ebenfalls vertikal verlaufende Leitungen 8 befe- stigt, die das Behälterinnere 17. mit einem Bereich des Auf- fangraums 23 oberhalb des Niveaus 24 der Kühlflüssigkeit 13 verbinden. Hierdurch ist falls nötig ein Druckausgleich zwi- schen dem Behälterinneren 17 und dem Auffangraum 23 sowie dem Inneren des Sicherheitsbehälters 22 gegeben.

In Figur 3 ist ein Ausschnitt des Behälters 1 in einem noch- mals vergrö ertem Ma stab dargestellt. In der kassettenarti- gen Struktur des Bodens 3 mit Vertiefungen zwischen den geo- dätisch höchstliegenden Punkten 4 und den geodätisch tiefst- liegenden Punkten 5 wird die dargestellte Kernschmelze 27 in dem Boden 3 gesammelt. Der Behälter 1 ist vollständig mit der Kühlflüssigkeit 13 umgeben, wobei wie schematisch dargestellt an der Au enwandung 15 des Behälters 1 eine Dampfbla- senbildung infolge der von der Kernschmelze 27 abgegebenen Wärme auftritt. Durch den steigenden Verlauf der Au enwandung 15 findet eine Strömung der Dampfblasen sowie der Kühl- flüssigkeit 13 in Naturkonvektion durch die vertikal verlau- fenden Dampfleitungen 6 statt. Die Bildung eines Dampffilms, welcher eine wirksame Kühlung stark beeinträchtigt, ist da- durch vermieden, da die Au enwandung 15 immer steigend und nicht horizontal verläuft. Es wird somit eine effektive Küh- lung der Kernschmelze 27 mit einer schnellen Erstarrung er- reicht. Nachfolgende Schmelzausgüsse sind daher unproblema- tisch. Auch können unter Umständen auftretende Risse in dem

Boden infolge von Wärmespannungen durch eine schnelle Kru- stenbildung der Kernschmelze verschlossen werden. An der Dek- ke 7 des Behälters 1 sind Druckleitungen 8 angeschlossen.

Diese Druckleitungen 8 sind mit einem jeweiligen Sperr- element 9, insbesondere einer Berstmembran, verschlossen. An der der Decke 7 zugewandten Seite weist die Berstmembran 9 eine Verstärkung 30, insbesondere ein metallisches Unternetz, auf. Hierdurch ist gewährleistet, da bei einem Überdruck in dem Behälter die Berstmembran 9 versagt und damit die Druck- leitung 8 geöffnet wird und somit eine Druckentlastung des Behälters 1 stattfindet, falls die Druckentlastung durch die Durchla öffnung 19 bei geschmolzenen Verschlu elementen 20 nicht ausreicht. Bei einer kurzfristigen Erhöhung des Druckes in dem Auffangraum 23 bleibt die Berstmembran 9 jedoch in- takt, wodurch ein unerwünschtes Ausströmen von radioaktiven Aerosolen und anderen Spaltprodukten sicher vermieden wird.

Zur zusätzlichen Rückhaltung von radioaktiven Aerosolen und anderen Spaltprodukten kann die Druckleitung 8 U-förmig in der Kühlflüssigkeit 13 nach Art eines inversen Siphons ge- führt sein.

In den Figuren 4 und 5 ist die Querschnittsfläche eines kreisringsegmentartigen Behälters 1 dargestellt. Figur 4 zeigt einen strukturierten Boden 3, bei dem pyramidenförmige Erhöhungen vorhanden sind, wobei an der Spitze jeder Pyramide ein geodätisch höchstliegender Punkt 4 liegt. Die Pyramiden haben einen im wesentlichen viereckigen Querschnitt, so da die geodätisch tiefstliegenden Punkte 5 (strichliert darge- stellt) auf sich kreuzenden Gitterlinien liegen. An die sin- gulären geodätisch höchstliegenden Punkte 4 ist jeweils eine Dampfleitung 6 aus einem schlecht wärmeleitendem Material an- geordnet. Figur 5 zeigt die zu Figur 4 inverse Struktur des Bodens 3. Hier sind die geodätisch tiefstliegenden Punkte 5 singular verteilt und liegen an der Spitze einer auf dem Kopf

stehenden Pyramide. Die geodätisch höchstliegenden Punkte 4 liegen demnach auf den strichliert dargestellten sich kreu- zenden Gitterlinien. Selbstverständlich können die Pyramiden einen anderen Querschnitt, beispielsweise rund, oval oder dreieckig, besitzen.

Die Erfindung zeichnet sich durch einen Behälter zur Aufnahme und Ausbreitung von Kernschmelze aus, der einen struktu- rierten Boden mit einer Au enwandung hat, die alternierend steigend und fallend verläuft. Insbesondere verläuft die Au- enwandung nach Art von Pyramiden oder Kegeln, an deren Spit- ze eine vertikale Dampfleitung durch den Behälter hindurchge- führt ist. Der Boden besteht aus einem gut wärmeleitendem Ma- terial, so da die in den durch die Pyramiden oder Kegeln ge- bildeten Zwischenräume des Bodens gesammelte Kernschmelze Wärme gut an die Au enwandung abgibt. An der Au enwandung liegt eine Kühlflüssigkeit an, die in Naturkonvektion die Wärme der Au enwandung nach oben abführt. Durch den steigen- den Verlauf der Au enwandung ist wirksam eine Bildung eines räumlich fixierten Dampffilms verhindert, welcher schlecht wärmeleitend wäre und die Abfuhr der Wärmeenergie der Kern- schmelze behindern würde. Durch eine Kühlung der Kernschmelze an der Au enwandung des Behälters wird ein direkter Kontakt der Schmelze mit der Kühlflüssigkeit vermieden. Hierdurch ist gewährleistet, da weder bei der Kühlung der Kernschmelze ei- ne Dampfexplosion auftritt noch Wasserstoff über ein in der Kernschmelze mitgeführtes Metall produziert wird. Zusätzlich ist die Bildung von radioaktiven Aerosolprodukten an der Oberfläche der Kernschmelze weitgehend vermieden und ein Aus- trag solcher Aerosolprodukte aus dem Behälter begrenzt. Ein Austrag von Aerosolprodukten in die Umgebung der Kernkraftan- lage wird somit ebenfalls wirkungsvoll vermindert, wenn nicht sogar vollständig verhindert.