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nähert bzw. von ihm entfernt, u. zw. mittels bekannter mechanischer Vorrichtungen. Man kann ferner die Teile einer z. B. aus Eisen bestehenden, Neutronen reflektierenden Aussenhülle der uranhältigen Masse abwechselnd nähern bzw. von ihr entfernen, derart, dass die Betriebsbedingungen periodisch um die kritischen Werte schwanken.
Es lässt sich auch z. B. periodisch in die ganze Masse oder in einen Teil derselben eine Abschirmung oder ein sonstiges Organ einsenken, dessen Substanz befähigt ist, Neutronen zu absorbieren. In diesem Sinne empfiehlt es sich, im Innern der ganzen Masse oder eines Teiles derselben ein bewegliches Organ anzuordnen, welches abwechselnd dem Masseninneren jenen Teil zukehrt, welcher schnelle bzw. langsame Neutronen stark absorbiert bzw. jenen Teil, der die Neutronen nur schwach oder überhaupt nicht absorbiert.
Ein solches Organ kann z. B. als Drehscheibe ausgebildet sein, wobei ein oder mehrere Sektoren etwa aus Eisen sein kör'r'en, \vährend der oder die übrigen Ausschnitte aus einer mehr oder weniger dicken Schichte von Wasser oder Borwasser, welches in einer Metallhülle eingeschlossen ist, bzw. einer Schichte von Kadmium, Bor oder einem anderen, ähnliche Eigenschaften aufweisenden Stoffe besteht.
Man kann auch z. B. durch die Masse periodisch gewisse Gase durchblasen, wie Wasserstoff, Deuterium, Wasserdampf, Kadmium oder Quecksilber, oder man kann hiefür auch Gase oder Dämpfe mit periodisch variabler Zusammensetzung heranziehen.
Um grosse Ungleichförmigkeiten in der Energie- bildung in jedem einzelnen Arbeitsgang zu verhindern, kann es nötig sein, in oder in der
Nähe der Vorrichtung eine entsprechend starke
Neutronenquelle anzuordnen.
Man kann auch, um die Ungleichförmigkeiten in der Energiebildung zu vermeiden, ein Relais verwenden, welches die Kettenentwicklung nach
Massgabe des Anwachsens der Energiefreisetzung sowie der sie begleitenden korpuskularen bzw. elektromagnetischen Strahlung fortschreitend ver- zögert, wobei diese Entwicklung in dem Augen- blick aufgehalten wird, in dem die Energie- freisetzung einen bestimmten Wert erreicht.
Diese Relais können von Temperaturmessgeräten gesteuert werden bzw. von Geräten, wie einer
Ionisationskammer, einem Elektronenzähler oder einer anderen speziellen Einrichtung, die in der
Nähe der uranhältigen Masse angeordnet sind.
Diese Geräte können auf die obenangeführten
Mechanismen bzw. auf jene in der Schweizer
Patentschrift Nr. 233011 erwähnten Einrichtungen einwirken.
Man kann die Kettenentwicklung auch dadurch unterbrechen, dass man die Dichten-und Zu- sammensetzungsschwankungen verwertet, die sich aus der Temperatursteigerung zufolge der Ketten- entwicklung bei jedem Arbeitszyklus ergeben.
Schliesslich kann man auch dieses Stabili- sierungsverfahren mit dem Verfahren nach der oberwahnten Schweizer Patentschrift kombinieren, indem man in die Uranmasse etwa Wasserstoff oder andere Elemente einführt, welche die ausgesandten Neutronen zur Gänze oder zum Teil abbremsen und eventuell ausserdem für die Einführung von Elementen, wie z. B. Kadmium, Sorge trägt, die einen Teil der Neutronen absorbieren.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann angewendet werden zur Stabilisierung der Wirkungsweise einer Vorrichtung, wie sie in der Schweizer Patentschrift Nr. 233011 dargestellt ist, indem zur Unterbrechung der Entwicklung der Reaktionsketten die bei dieser Vorrichtung vorgesehenen kadmiumplattierten Scheiben benützt werden.
Die angeschlossenen Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht der Anordnungsweise der kadmiumplattierten Scheiben, Fig. 2 ein Diagramm betreffend die Entwicklung der Reaktionsketten und Fig. 3 ein Schema einer Steuervorrichtung für die Scheiben mittels Relais und Servomotor.
Die angeführte Einrichtung zur Energieerzeugung besteht, wie dies bereits in der oberwähnten Schweizer Patentschrift beschrieben ist, aus quaderförmigen Einheiten 4 aus Metall, z. B. aus Eisennickel, welche hohle Würfel enthalten, die gleichfalls aus Eisennickel bestehen.
Alle in derselben Einheit 4 befindlichen Würfel stehen untereinander durch Kanäle in Verbindung, durch welche eine Verzögerungsfüssigkeit für die Neutronen, beispielsweise schweres Wasser, zirkuliert, welches auf der einen Seite durch Rohre 26 eintritt und auf der anderen Seite durch entsprechende Rohre abgeleitet wird. In dem Flüssigkeitskreisla jf ist ausserhalb der Einheiten 4 ein Wärmeaustauscher bekannter Art vorgesehen, in welchem die Wärme der Verzögerungsflüssigkeit an eine andere Flüssigkeit, z. B. Wasser abgegeben wird, wodurch das Wasser verdampft wird und beispielsweise zum Betriebe von Dampfturbinen verwendet werden kann.
Die Gesamtheit des aus den Einheiten 4 gebildeten Blockes ist in einer doppelten Um- hüllung eingeschlossen, u. zw. in einer Aussenhülle aus feuerfesten Steinen und einer Innenhülle aus Eisenziegeln, die die Neutronen reflektieren.
Zwischen den Wänden der Elemente 4 und den darin untergebrachten hohlen Würfeln be- finden sich Platten aus metallischem Uran.
Mit 7 sind Blechscheiben bezeichnet, die kadmiumplattierte Sektoren 7 a besitzen. Diese
Scheiben sitzen auf Achsen 6, die mit Hilfe eines i t r l nicht dargestellten Elektromotors derart gedreht werden können, dass die Räder 7 in jede gewünschte Stellung gelangen können. Die
Scheiben 7 dringen in Einschnitte 8 ein, die zwischen aneinanderstossenden Einheiten 4 ein- gelassen sind.
Die Vorrichtung ist so angeordnet, dass beim
Herausdrehen der kadmiumplattierten Sektoren 7a der Scheiben 7 aus der Vorrichtung die bekannten
Bedingungen zur Kettenentwicklung der Spalt-
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reaktion herbeigeführt werden. Beim Betrieb der Vorrichtung werden die zur Betätigung der Wellen 6 mit den Scheiben 7 dienenden Motoren derart betätigt, dass die kadmiumplattierten Sektoren periodisch abwechselnd in die Masse der Vorrichtung eindringen und wieder austreten.
Man kann auch bloss die auf der einen Seite der Vorrichtung angeordneten Räder 7 drehen, während die auf der anderen Seite befindlichen Räder in einer bestimmten Lage eingestellt bleiben, um die für die Entwicklung divergierender Kettenreaktionen nötigen Bedingungen möglichst zu verwirklichen.
Die Zeit, welche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Urankernumwandlungen verfliesst, d. h. zwischen der Ausstrahlung eines schnellen Neutrons und seiner Absorption beträgi 10-4 s.
Falls die Betriebsbedingungen für dit Entwicklung divergierender Kettenreaktionen gegeben sind, vervielfacht sich die Anzahl der schnellen Neutronen im Mittel um 1. 007 bei jeder Kernumwandlng. Afin man annimmt, dass 1000 Neutronen je eine Umwandlung erfahren, von denen jede im Durchschnitt zur Aussendung von 3 Neutronen führt, so werden diese 1000 Kernumwandlungen 3000 Neutronen freisetzen ; von diesen 3000 ausgestrahlten Neutronen werden tatsächlich aber nur 1007 Neutronen neue Kernumwandlungen zur Folge haben, während sich die anderen im Raum verlieren.
Wenn sich in der Uranmasse zum Zeitpunkt Null N Kernumwandlungen abgespielt haben, so werden 10-4 s darauf N xl'007 neue Kernumwandlungen erfolgt sein. Im Zeitpunkt 0-01 s darauf beträgt der Wert schon N. (1'007) 100 = etwa 2 N Kernumwandlungen. Das heisst, dass die Anzahl der Kernumwandlungen, oder anders ausgedrückt, die im Apparat freigesetzte
Energie bzw. die Leistung des Apparates sich jede Hundertelsekunde verdoppelt.
Wenn z. B. im Zeitnullpunkt die Neutronen- hilfsquelle, die den Apparat zum Anspringen bringt, 10.000 Kernumwandlungen verursacht, so stellt sich in diesem Augenblick die Leistung des Apparates auf : 0-00032 erg/s. 10.000 = 3-2 ergols.
Eine Hundertelsekunde später ist die Leistung gestiegen auf :
2x3-2 ergls = 6'4 erg's.
49 Hundertelsekunden nach dem Zeimull- punkt ist die Leistung angewachsen auf : 2111 x 3-2 ergls = etwa 150.000 kW und 50 Hundertelsekunden nach dem Zeit- nullpunkt ergibt sich folgender Leistungswert : 2x3-2 erg/s = etwa 300.000 kW.
Wenn diese Leistung für die industrielle
Verwertung des Apparates ausreicht, aus Sicher- heitsgründen aber nicht überschritten werden darf, so wird man folgendermassen vorgehen :
Zu Beginn sind die kadmiumplattierten Aus- schnitte 7 a der Räder 7 derart in die Uranmasse des Apparates eingedreht, dass die Reaktion zufolge der Kettenkonvergenz zum Stillstand neigt und daher die Energiefreigabe unbedeutend ist. Nun zieht man plötzlich die kadmiumplattierten Kreissektoren 7 a aus dem Inneren des Apparates durch eine entsprechende Drehung der die Räder 7 tragenden Achse 6 heraus, so dass die Bedingungen für die Bildung divergenter Kettenreaktionen gegeben sind.
Dieser Zustand wird jedoch bloss durch Sekunde aufrechterhalten, d. h. i Sekunde nach dem Austritt der Sektoren 7 a werden dieselben in die Uranmasse wieder eingedreht, wodurch die Kettenentwicklung neuerlich unterbrochen wird. Der Apparat wird hiedurch praktisch zum Stillstand gebracht, die Ketten konvergieren wieder und die Energieausbeute wird unbedeutend.
Die kadmiumplattierten Blechsektoren werden dann wieder aus der Masse entfernt, indem man sie um ihre Achse drehen lässt, wobei die Ketten wieder divergent werden. Am Ende von i Sekunde erreicht die entwickelte Energie den Wert von
300.000 kW. Dann folgt ein neuerlicher Abbruch durch Einführung der Sektoren in die Masse, gefolgt von einem periodischen Wiederanspringen der divergierenden Ketten auf die Dauer von i Sekunde usw.
So arbeitet dann der Apparat während
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stehen und so weiter, wobei die Gefahrengrenze der Leistung bei keinem Arbeitstakt überschritten werden darf. Der Leistungsmittelwert wird daher durch die Zeitspanne bestimmt, welche zwischen dem Eintritt der kadmiumplattierten Blechsektoren in die Masse und deren Austritt aus der Masse verfliesst.
Das Diagramm gemäss Fig. 2 zeigt die Schwankungen der Leistung ais Funktion der Zeit im Sinne des erfindungsgemässen Verfahrens. Hiebei treten die Leistungen P als Ordinaten und die Zeit als Abzisse auf. Die Punkte a bedeuten die Momente, in welchen die Kadmiumsektoren aus der Masse herausgezogen werden, lill die Punkte b jene, in welchen die Wiedereinführung erfolgt.
Die Zeit der Wirksamkeit des Kadmiumschirmes (im Apparat) muss nicht unbedingt gleich jener seiner Wirkungslosigkeit sein (ausserhalb des Apparates). Das gewünschte Ergebnis kann auch durch ungleiche Grösse der kadmierten und kadmiumfreien Sektoren erzielt werden.
Um die mittlere Energieerzeugung des Apparates zu regulieren, kann man-automatisch oder nicht-auf die Dauer det Kettenentwicklung und/oder < . J die Zeitspanne zwischen zwei Perioden der Kettenentwicklung einwirken, z. B. indem man die Drehgeschwindigkeit der Motoren im gewünschten Masse variiert.
An Stelle der Unterbrechung der Kettenreaktionen durch eine Vorrichtung, die von einem unabhängigen Motor gesteuert ist und
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eine Relaisanordnung benützen, die mit den die Kettenreaktionen verzögernden Elementen zusammenwirkt. Durch diese Anordnung wird die Verzögerung der Kettenreaktionen in dem Masse beeinflusst, als die Energiefreisetzung und die diese Freisetzung begleitende Ausstrahlung anwächst, und diese Entwicklung in dem Augenblick unterbrochen, in dem die Energiefreisetzung den erwünschten Wert erreicht, worauf die Relaisvorrichtung die Anfangsbedingungen dann wieder herstellt, die die Neuentwicklung dieser Reaktionen erlaubt usw.
In Fig. 3 ist eine praktisch mögliche Durchführungsform einer derartigen Relaiseinrichtung schematisch dargestellt. Eine beispielsweise auf Neutronen ansprechende Ionisationskammer 40
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besitzt und durch eine elektrostatische Spannungsquelle 43 auf eine Spannung von z. B. etwa 10.000 Volt gebracht wird. In der Achse des Körpers 41 ist ein drahtförmiger Leiter 44, z. B. aus Borfluorid] BFg angeordnet, welcher mittels eines Stopfens 45 gegen den Körper 41 isoliert ist. Dieser Leiter 44 ist mittels einer Batterie 46 von etwa 5 Volt Spannung über einen Widerstand 47 von ungefähr 1010 Ohm negativ polarisiert.
Die im Punkt 49 auftretende Spannung ist an das Steuergitter der lediglich als einfache Triode allein dargestellten P : qgangsröhre 48 eines Verstärkers üblicher Type angelegt.
Mit den Klemmen des Belastungswiderstandes 50 der letzten Verstärkerstufe ist die Wicklung eines Relais 51 verbunden. Dadurch wird für jede an das Gitter der Eingangsröhre 48 angelegte Spannung, durch welche das Potential über den dieser Röhre zukommenden Arbeitspunkt erhoht wird, am Ausgang des Verstärkers, u. zw. an den Klemmen des Widerstandes 50 eine zur Erregung des Relais 51 ausreichende Spannung erzeugt.
Zwischen dem Relais 51 und der zugehörigen Scheibe 7 ist einer der an sich bekannten Steuermechanismen vorgesehen, von deren zahlreichen Ausführungsformen hier eine beispielsweise Anordnung veranschaulicht ist. Gemäss Fig. 3 besteht dieser Mechanismus aus einem Motor 53 mit Fremderregung 54, welcher, gegebenenfalls mit Hilfe einer nichtdargestellten Übersetzung, die Welle 6 der Scheiben 7 antreibt. Die beiden Enden der Erregerwicklung 54 sind mit zwei beweglichen Kontakten 55 bzw. 55 a verbunden, welche durch das Relais 51 gesteuert werden und deren jeder mit zwei fixen Kontakten 56, 57 bzw. 56 a, 57 a zusammenwirkt.
Die Kontakte 56 und 57 a sind mit dem einen Pol einer in der
Zeichnung nicht dargestellten Stromquelle ver- bunden, u. zw. über zwei Unterbrecher 58 und
58 a, die durch einen an der Motorachse be- festigten Arm 59 betätigt werden, wobei die
Winkeldrehung des Armes zwischen den beiden Unterbrecnem beispielsweise einer Drehung der
Scheiben 7 um 1800 entspricht.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 3 funktioniert auf folgende Weise :
Wenn die Organe die in der Zeichnung dargestellte Lage einnehmen und der kadmierte Sektor 7 a der Scheibe 7 sich ausserhalb des von den Einheiten 4 gebildeten Blockes befindet, kann sich die Kettenreaktion frei entwickeln und die Zahl der ausgestrahlten Neutronen steigt ständig an, ebenso auch die Spannung im Punkte 49. Sobald die von der Kammer 40 aufgenommene Neutronenausstrahlung jenen Wert erreicht, der dem für die Energiefreisetzung gemäss Fig. 2 zulässigen Maximalwert entspricht, kommt der Verstärker 48 und damit das Relais 51 zur Wirkung. Die Kontakte 55, 56 und 55 a, 56 a schliessen sich, und der Strom durchläuft die Erregerwicklung 54 des Motors 53 in einem bestimmten Sinn, wobei der Motor in Gang gesetzt wird und die kadmierten Sektoren 7 a der Scheiben 7 in den Block der Einheiten 4 eintreten.
Sobald sich die Scheiben 7 um 180" verdreht haben, betätigt der Arm 59 den Unterbrecher 58 und der Motor bleibt stehen, wobei die Sektoren 7 a zur Gänze in den Block der Einheiten 4 eingreifen. Die Reaktion wird hiedurch unterbrochen und die Neutronenstrahlung vermindert, desgleichen die Spannung im Punkte 49, wodurch der Verstärker 48 blockiert und das Relais 51 stromlos wird. Die Kontakte 55 und 55 a öffnen sich und stellen hiebei wieder die Verbindungen 55-57 und 55 a-57 a her. Die Wicklung 54 wird nun vom Erregerstrom im umgekehrten Sinne durchflossen und der Motor läuft verkehrt, bis der Arm 59 den Unterbrecher 58 a öffnet. Im Laufe dieser Bewegung drehen sich die Scheiben 7 erneut um 180 l'und nehmen wieder ihre Anfangsstellung ein, worauf die Reaktion vou neuem beginnt usw.
Es ist klar, dass man die Vorrichtung auch so regeln kann, dass die Drehung der Scheiben 7 kleiner als 180 ist oder dass der Servomechanismus bei einer stärkeren oder schwächeren Strahlung betätigt wird. Ebenso kann man am Punkte 49 mehrere Verstärker und Anordnungen für Servomotoren anschliessen, durch welche mehrere
Reihen von kadmiumplattierten Scheiben ge- steuert werden ; man kann auch die einzelnen
Verstärker verschieden regeln, um eine Progressi- vität der Steuerstufen zu erzielen.
Anderseits kann auch die auf Neutronen ansprechende Kammer ohne Änderung der grund- sätzlichen Anordnung eines derartigen Steuer- kreises durch ein in das Innere der Energie- erzeugungsvorrichtung hineinreichendes Thermo- f n-'t ersetzt werden. Die Regelung erfolgt dann als Funktion der in der Energieerzeugungs- vorrichtung herrschenden Temperatur und nicht in Abhängigkeit von der ausgesandten Strahlung.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.