<Desc/Clms Page number 1>
Siedewasserreaktor
Die Erfindung betrifft einen Siedewasserreaktor mit nuklearem Überhitzer. Der Grundgedanke des Siedewasserreaktors besteht darin, im Reaktorgefäss ein Sieden des Kühlmittels zuzulassen und aus dem Gefäss entweder unmittelbar Sattdampf abzuziehen oder den Dampf im Gefäss an einem Wärmeaustauscher zu kondensieren. Die Gestaltung des äusseren Kreislaufes kann dabei z. B. in direkter oder indirekter, einfacher oder doppelter Weise erfolgen.
Der Vorteil des Siedewasserreaktors gegenüber einem Druckwasserreaktor liegt von allem darin, dass bei ersterem der Druck bei gleichen Dampfbedingungen niedriger gehalten werden kann, was sich bei der Dimensionierung des Reaktorgefässes günstig auswirken kann. Die Hauptnachteil des Siedewasserreaktors sind in seinem komplizierten Teillastverhalten und in der Tatsache zu suchen, dass der Maximaltempera- tur Grenzen gesetzt sind, die den erreichbaren thermischen Wirkungsgrad beschränken.
Die Frage der Stabilität des Siedewasserreaktors kann zur Zeit als weitgehend geklärt gelten. Um den Nachteil der beschränkten Dampftemperatur zu umgehen, wurde schon vorgeschlagen, den Siedewasserreaktor mit einem Überhitzer zu koppeln, der konventionelle Brennstoffe verwendet. Ferner wurde vorgeschlagen, die im Brutraum eines Brutreaktors anfallende Wärme ausserhalb des Reaktors zur Überhitzung von Dampf zu verwenden.
Beim erfindungsgemässen Siedewasserreaktor werden zur Überhitzung nicht konventionelle, sondern Kernbrennstoffe verwendet.
Erfindungsgemäss wird daher vorgeschlagen, dass ein Siedewasserreaktor bekannter Bauart mit einem räumlich unmittelbar benachbarten als Hochtemperaturreaktor ausgeführtenüberhitzerreaktor kombiniert ist, wobei ein Kühlmedium zuerst im Siedewasserreaktor zum Verdampfen gebracht und anschliessend durch die Kernspaltungswärme im Überhitzerreaktor überhitzt wird.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Anordnung fallen insbesondere dann ins Gewicht, wenn das System so dimensioniert ist, dass die Leistung des Überhitzers merklich kleiner, z. B. 20 bis 50% als die des Verdampfers ist. Die Hauptleitung entfällt dann-auf einen Verdampferreaktor, der bei niedrigen Temperaturen arbeitet. Derartige Reaktoren sind heute auch bei grossen Leistungen beherrschbar. Der Überhitzerreaktor muss dagegen ein Hochtemperaturreaktor sein, der in technischer Hinsicht schwieriger zu erstellen ist. Die Tatsache, dass der Überhitzerreaktor nur kleinere Leistungen abzugeben braucht, kommt diesem Umstand vorteilhaft entgegen. Es liegt auf der Hand, dass Verdampfer- und Überhitzerreaktor nicht nur leistungsmässig verschieden ausgelegt werden.
Ihre Spaltzone wird den spezifischen-Kühl-Korrosions-und Steuerbedingungen entsprechend verschiedene Zusammensetzung und Konstruktion aufweisen, wobei der Überhitzer in bekannter Weise als Hochtemperaturreaktor ausgeführt ist.
Wesentlich erscheint auch die Möglichkeit, den Überhitzerreaktor zur Speisewasseraufwärmung heranzuziehen, wie dies nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich ist. Dabei kann das Speise-
EMI1.1
selbst als Moderator herangezogen sein, bzw. durch Teile der Spaltzone des Überhitzerreaktors erwärmt werden.
Die Erfindung besteht auch darin, dass die Gefässe des Verdampfer- bzw. Überhitzerreaktors übereinander angeordnet und durch einen kurzen Dampfweg'miteinander verbunden sind. Der Vorteil einer derartigen Anordnung besteht einerseits darin, dass die durch lange Dampfwege sonst bedingten Wärmeverluste vermieden werden, anderseits, dass beide Reaktoren von ein-und denselben thermischen und biolo-
<Desc/Clms Page number 2>
gischen Schilden umschlossen werden können, so dass gegenüber einer räumlich getrennten Anordnung der Reaktoren kostspieliges Abschirmmaterial eingespart werden kann.
Nach einem weiteren Ausrührungsbeispiel der Erfindung kann sich zwecks gemeinsamer Neutronenerzeugung entweder die Spaltzone des Verdampferreaktors an die des Überhitzerreaktors räumlich anschlie- ssen oder vorzugsweise die erstgenannte Spaltzone letztere umgeben, wodurch ein Temperaturgefälle vom Zentrum des Reaktors nach aussen hin vorhanden ist. In diesem Falle ergeben sich gegenüber den bekannten Verfahren, die Brutzone eines Brutreaktors zur Gewinnung der Überhitzungswärme auszunützen, verschiedene Vorteile. Aus neutronenphysik2. lischen Überlegungen wird beim thermischen Brüter, der als Siedewasserreaktor allein in Frage kommt, das Brutmaterial als Mantel angeordnet, der das Spaltmaterial des Reaktors umgibt.
Während hier zur Überhitzung die äussere Zone auf höhererTmperatur gehalten werden muss als die innere, benützt der erfindungsgemässe Siedewasserreaktor eine zentral gelegene Spaltzone zur Überhitzung. Dadurch ist die Zone höchster Leistungsdichte gleichzeitig eine Zone höchster Temperatur. Dabei kommt die vom Überhitzer durch eine Leitung geförderte Wärme der aussen angeordneten niedriger temperierten Verdampferzone zugute. Bei dieser Anordnung erübrigen sich auch die bei bekannten Vorrichtungen nötigen Medien und Kreisläufe, um die Wärme aus der Überhitzerzone abzuführen.
Im erfindungsgemässen Falle wird der Reaktor bzw. seine Teile von einem einzigen Kühlmedium durchströmt, das
EMI2.1
matisch, Fig. 2 eine ähnliche Anordnung jedoch mit Speisewasservorwärrnung durch den Überhitzerreaktor und Fig. 3 einen Mehrzonenreaktor, bei dem die Verdampferzone die Überhitzerzone umgibt.
Das erste in Fig. l dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt zwei übereinander angeordnete Reaktorgefässe l und 2, die durch einen kurzen Dampfweg 3 miteinander verbunden sind. In dem unteren Reaktorgefäss 1 befindet sich ein Siedewasserreaktor 4 bekannter Bauart, der sowohl als heterogener Reaktor als auch als homogener Reaktor ausgeführt sein kann. Durch die Leitung 5 wird dem Reaktor Speisewasser Jder
EMI2.2
dient. Während die Flüssigkeit den Reaktorkern 4 durchstreicht, wird sie erwärmt und zum Sieden gebracht. Der entstehende Dampf tritt durch das Verbindungsstück 3 in das obere Gefäss 2 ein und durchstreicht die Spaltzone des Überhitzerreaktors 6. Dort wird der Dampf weiter erhitzt und strömt durch die Leitungen 7 ab.
Beim zweiten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die gleichen Elemente vorgesehen, nämlich die übereinander angeordnetenReaktor-Gefässe 1,2 und die in jedes der beiden Gefässe eingebauten Reaktoren 4 und 6. Die Speisewasserzuleitung tritt hier nicht unmittelbar in das untere Gefäss ein, wie in Fig. l, sondern führt zunächst zum Überhitzerxeaktor 6. Dort kann das Speisewasser in verschiedener Weise zur Kühlung herangezogen werden. Entweder bestreicht es die Aussenflächen des Reaktors, oder dient es als Moderator, oder aber durchströmt es spezielle Teile der Spaltzone. Das so aufgewärmte Wasser wird nun dem Reaktor 4 zur Verdampfung zugeleitet. Die übrigen Vorgänge entsprechen denen derAusführungs- form nach Fig. 1.
Im dritten, in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Verdampferreaktor 4 und der Überhit- zf. rreaktor 6 in einem gemeinsamen Gefäss 1 angeordnet. Beide Reaktoren werden im Hinblick auf die Neutronenerzeugung nicht voneinander getrennt, d. h. die zwischen ihnen befindlichen Strukturen, insbe- sondere das Führungsrohr 8, sollen keine starken Neutronen-Absorber sein. Der Reaktor 4 und der Reaktor 6 bilden dann einen einzigen Mehrzonenreaktor mit gemeinsamer Neutronenerzeugung. Die äussere (Verdampfer-) Zone ist nicht mit Brutmaterial beschickt, sondern mit Kernbrennstoff. Die Neutronenflussdichte wird-falls keine speziellen Fluss-Abflachungsmassnahmen ergriffen werden- ihr Maximum in der Überhitzer-Zone 6 haben, und es wird eine günstige Neutronenerzeugung sichergestellt.
Die höhere Leistungsdichte in der Überhitzer-Zone 6 bedingt dort eine höhere Wärmeproduktion und erlaubt höhere Spaltstofftemperaturen als in der Verdampferzone. Der Temperaturabfall nach aussen bedingt, dass die aus dem Überhitzer durch Leitung abgegebene Wärme zunächst in den Verdampfer fliesst und dal die einen Verlust darstellende Wärmeabgabe aus dem Reaktorgefäss 1 an die Umgebung gering bleibt. Die Kühlflüssigkeit tritt bei 5 in das Reaktorgefäss 1 ein und steigt durch den Verdampferteil 4 des Reaktors hoch. Dort wird sie erwärmt und verdampft. Der Dampf streicht durch das Führungsrohr 8, das so beschaffen ist, dass es den Überhitzerteil 6 vom Verdampferteil 4 trennt und den Dampf durch die Kühlkanäle des Überhitzerteils zwingt.
Dort wird der Dampf weiter erwärmt und verlässt den Reaktor durch das Dampfrohr 8.
Durch eine einfache Lageveränderung des Führungsrohres 8 kann auch erreicht werden, dass der Dampf den Überhitzerteil von unten nach oben durchstreicht.