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Verfahren für den Betrieb eines Kernreaktors
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Kern",Um einerseits den-kritischen Punkt während des Verbrauchs des spaltbaren Materials einzuhalten und anderseits Änderungen in der Reaktivität zu kompensieren, die infolge der Erzeugung von Xenon auf- treten, wird die Regulierung im bekannten Reaktor durch stetiges Einwirken auf die Zusammensetzung der Moderatormischung, insbesondere auf das Verhältnis von schwerem zu leichtem Wasser, mit andern
Worten je nach dem gewünschten Effekt durch Zusetzen von schwerem oder leichtem Wasser zum Mode- rator bewirkt.
Bei einem derartigen Reaktor kann von dem Vorteil der durch Temperatur- oder Dichteänderung des Moderators erreichten Wirkungen kein Gebrauch gemacht werden, da der Moderator zugleich Kühlmittel ist, dessen Temperatur und Dichte während des normalen Vorgangs konstant bleiben soll. Ander- seits ist es nicht möglich, irgendein beliebiges Kühlmittel zu verwenden, da dieses zugleich Moderator ist und veränderliche Zusammensetzung und Moderationseigenschaften haben sollte. Ferner hat die in einem derartigen Reaktor verwendete Reguliervorrichtung den Nachteil, dass umfangreiche Massnahmen getroffen werden müssen, um die Veränderung der Zusammensetzung der Moderatormischung, insbesondere die Trennung des schweren und leichten Wassers, vorzunehmen und die Moderierflüssigkeit in veränderter Form wieder dem Regulierkreis zuzuführen.
Ein weiterer Nachteil ist der, dass immer eine zusätzliche Menge von schwerem Wasser bereitgehalten werden muss.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf eine wesentliche Verbesserung der bekannten Verfahren für den Betrieb von Reaktoren, die einen Moderator und ein Kühlmittel enthalten und deren Reaktivität durch eine Veränderung der Zusammensetzung eines oder beider dieser Stoffe verändert wird. In den bekannten Verfahren wird die Zusammensetzung so abgeändert, dass die Reaktivität und die Temperatur trotz des Dopplereffektes, der Vergiftung durch Spaltungsprodukte und der Erschöpfung des Brennstoffes konstant gehalten werden. Diese Verfahren haben allgemein den Vorteil, dass sie zu einer guten Leistungsverteilung in dem Kern, einem guten thermodynamischen Wirkungsgrad, einer hohen Neutronenwirtschaftlichkeit und einer langen Lebensdauer des Reaktorkerns führen.
In dem besonderen Fall von Reaktoren, in denen als Moderator beispielsweise ein veränderliches D2O-H2O-Gemisch verwendet wird, muss also D20 oder H20 zugegeben werden, um im normalen Betrieb des Reaktors eine Erhöhung oder Herabsetzung seiner Reaktivität zu kompensieren. In diesem Fall werden grosse Mengen D20 durch H20 verdünnt, so dass zur Rekonzentration am Standort des Reaktors eine D2O-Rekonzentrationsanlage beträchtlicher Grösse vorhanden sein muss, deren Investitions- und Betriebs-
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hoch sind. Jberner Kann eine Kompensationschlagenen Betriebsverfahren verbundene Herabsetzung der Investitionskosten und Betriebskosten wett- gemacht, besonders bei Wasserreaktoren, in denen dasselbe Wassergemisch sowohl als Moderator als auch als Kühlmittel verwendet wird.
Das hier beschriebene Steuerverfahren stellt eine Kombination von zwei an sich bekannten Steuer- verfahren (Veränderung der Zusammensetzung und Veränderung der Temperatur) dar. Diese Kombination ist in keiner Weise naheliegend. Auf den ersten Blick erscheint es nicht zweckmässig, in einem Reaktor, in dem Veränderungen der Reaktivität durch Veränderungen der Zusammensetzung des Moderators kompensiert werden können, die Temperatur des Moderators herabzusetzen, weil dies zu einer Herab- setzung des thermodynamischen Wirkungsgrades führt. Die der Anmeldung zugrunde liegenden, um- fangreichen Untersuchungen haben jedoch, wie vorstehend erwähnt wurde, gezeigt, dass diese Herabsetzung des Wirkungsgrades in hohem Masse durch die mit dem vorgeschlagenen Betriebsverfahren erzielbare
Herabsetzung der Investitions- und Betriebskosten wettgemacht wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, dass bei Verwendung eines Moderators und Kühl- mittels aus einem Gemisch von schwerem und leichtem Wasser eine Veränderung in ihrer Zusammensetzung eine Veränderung des Gehalts von leichtem Wasser in dem Gemisch von schwerem und leichtem Wasser umfasst.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in der Schaffung von einfachen Mitteln zur raschen
Veränderung der Temperatur des Moderators. Dabei ist die Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktorgefäss ein Wärmetauscher vorgesehen ist, durch den ein strömungsfähiges Medium geführt wird, um einen Wärmetausch zwischen diesem Medium und dem strömungsfähigen Moderator zu bewirken.
Eine derartige Anordnung gestattet eine Herabsetzung der Menge des strömungsfähigen Moderators.
Dies ist nicht nur hinsichtlich der Kosten, sondern auch deshalb vorteilhaft, weil die nachteiligen Folgen von Schäden des den Moderator enthaltenden Gefässes herabgesetzt werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in der Anwendung eines solchen Verhältnisses zwischen dem Moderator und dem Brennstoff, dass die Vorteile des vorstehend beschriebenen Betriebsverfahrens voll ausgenutzt werden. Zu diesem Zweck wird als Moderator und Kühlmittel ein homogenes Gemisch von leichtem und schwerem Wasser verwendet, wobei das volumetrische Verhältnis zwischen dem Wasser und dem Brennstoff etwa 4, 18 beträgt. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, dass damit die höchste Lebensdauer des Reaktorkerns erzielt wird.
Der Primärkreis kann von beliebiger bekannter Art sein. Als Kühlmittel kann eine Flüssigkeit verwendet werden, die unter Druck steht oder in siedendem Zustand ist, aber auch ein nasser, gesättigter oder überhitzter Dampf oder ein Gas. Es kann Moderationseigenschaften besitzen oder nicht. Der Primärkreis kann auf Grund seiner normalen Steigfähigkeit arbeiten oder einen oder mehrere Vorrichtungen zur-Beschleunigung des Flusses, z. B. eine Pumpe, einen Ventilator, ein Gebläse oder einen Kompressor, enthalt ten.
Die innerhalb des Kerns an die Kühlflüssigkeit übergebene Wärme kann entweder unter Zwischenschaltung eines Wärmeaustauschers an ein zweites Arbeitsmedium (Flüssigkeit, Dampf oder Gas) öder direkt in Form von Dampf oder primärem Gas abgegeben werden.
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ist, wobei alle Drosselstäbe und gegebenenfalls auch die Kontrollstäbe ausgezogen sind und sich der schädliche Effekt des Xenons noch nicht bemerkbar macht. In kaltem Zustand wird der eben-beschriebene Reaktor mit einem neuen Kern mittels beliebiger Drosselstäbe unterkritisch gehalten, die in der oder in den von dem Moderator eingenommenen Kammern in geeigneter Weise angeordnet sind. Wenn die Drosselstäbe eingeschoben werden, kann der Reaktor auf seine normale Arbeitstemperatur Tl', die höher als Tl ist, gebracht werden.
Dies geschieht durch eine oder mehrere Anheizvorrichtungen bekannter Art, die auf den Primärkreis und/oder den Regulierkreis einwirken. Hat der Reaktor seine normale Betriebstemperatur erreicht, so werden die Drosselstäbe allmählich herausgezogen, bis der kritische Punkt erreicht ist. Dies geschieht bei den oben definierten Bedingungen nur, wenn alle Stäbe vollkommen aus dem vom Kern und seinem Reflektor eingenommenen Raum entfernt sind.
Um den Reaktor zur Leistungsabgabe zu bringen, ist es notwendig, die durch den Dopplereffekt verursachten Reaktivitätsveränderungen zu kompensieren. Dies geschieht durch Temperaturverringerung, beispielsweise von Tl'auf Tl in einem Teil oder im ganzen Moderator. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines der Drosselstäbe zur Steuerung der Leistungsabgabe.
Im letzten Falle wird die Temperaturüberhöhung in dem Teil oder im ganzen Moderator während der Vorheizung nicht berücksichtigt und die Leistungserhöhung durch Herausziehen des Leistungsabgabekontrollstabes erzielt. Die volle Leistung ist dann erreicht, wenn dieser Stab ganz herausgezogen wurde.
Arbeitet der Reaktor auf voller Leistung, so wird die Erniedrigung der Reaktivität infolge des schädlichen, allmählich ansteigenden Einflusses des Xenons durch allmähliche Temperaturerniedrigung im ganzen Moderator oder in einem Teil desselben über den Regulierkreis kompensiert.
Bei fortschreitendem Abbrennen wird die normale Betriebstemperatur des ganzen oder eines Teiles des Moderators so lange verringert, bis die unterste Grenze T2 erreicht ist. Während des ersten Stadiums bei Verwendung eines neuen Kerns können selbstverständlich die Wirkung der Leistungserniedrigung und der Unterdrückung des schädlichen Einflusses des Xenons auf die Reaktivität durch Veränderung der Temperatur des ganzen Moderators oder eines Teiles desselben in entgegengesetzter Richtung als oben beschrieben kompensiert werden. Bei Verwendung eines Leistungsabgabesteuerstabes wird dieser mehr oder weniger in den Kern eingeschoben.
Am Ende der ersten Lebensstufe des Kerns kann mit einer Veränderung der Zusammensetzung des ganzen oder eines Teiles des Moderators begonnen werden, wobei die Zusammensetzung so gewählt wird, dass der Reaktor in heissem Zustand dann wieder kritisch wird, wenn der Moderator teilweise oder ganz eine normale Betriebstemperatur höher als T2, beispielsweise 7\, besitzt.
Eine solche Veränderung kann durch Entfernen oder Abziehen des ersten Moderators und Ersetzen desselben durch einen neuen Moderator erreicht werden. Es ist auch eine Verdünnung, beispielsweise durch Zusetzen von leichtem Wasser zu dem ersten Moderator, möglich, wenn dieser zum Teil oder ganz aus einer Mischung von leichtem und schwerem Wasser besteht.
Die Arbeitsweise des Reaktors während der zweiten Stufe des Kerns ist gleich der während der ersten Stufe. Insbesondere endet diese zweite Stufe, wenn die Temperatur des Moderators bei normaler Arbeitsweise die untere Grenze T2 erreicht hat.
Eine weitere Änderung der Zusammensetzung des Moderators, wie sie oben beschrieben wurde, wird durchgeführt, so dass eine weitere Lebensstufe des Kerns beginnt.
Die im vorhergehenden beschriebenen Vorgänge werden so lange wiederholt, bis die optimale Moderation erreicht ist, wodurch gleichzeitig das Ende der brauchbaren Ausnutzung des Kerns angezeigt wird. Dieser wird dann ganz oder teilweise durch neue Anordnungen von Brennstoffelementen ersetzt und die vorher beschriebenen Vorgänge von neuem begonnen.
Falls erforderlich, sind die Kernelemente so angeordnet, dass das Verhältnis der innerhalb des eigentlichen Kerns eingenommenen Volumina des im wesentlichen auf der Temperatur des Kühlmittels gehaltenen, Moderationseigenschaften besitzenden Stoffes und des temperatureinstellbaren Teiles des Moderators zwischen einer untern Grenze, unter welcher der Reaktivitätskoeffizient des Kerns als Funktion der Temperatur des Kühlmittels positiv wird, und einer oberen Grenze liegt, über welcher der allein durch die Veränderung der Moderatortemperatur beeinflussbare Bereich der Reaktivität so ungenügend wird, dass der Reaktor nicht mehr normal arbeiten kann.
Zur Verdeutlichung und zur besseren Herausstellung der Vorteile und insbesondere der Anwendung der Erfindung wird nun ein Ausführungsbeispiel gegeben.
In diesem sollen sowohl der Moderator als auch das Kühlmittel aus der gleichen vorbestimmten Mischung, aus schwerem und leichtem Wasser, bestehen, wobei die Zusammensetzung der Mischung, wie nachfolgend beschrieben, in Stufen durch Verringerung des Prozentsatzes an schwerem Wasser ver- ändert wird.
Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel wird der Moderator vom Kühlmittel innerhalb des Kerns durch Röhren getrennt, die Teile von Kammern mit beispielsweise kreisförmigem Querschnitt sind und die so mit einer Wärmeisolierung versehen sind, dass ein Wärmeaustausch zwischen einem auf veränderlicher Temperatur gehaltenen Teil des Moderators und der Umgebung auf ein Minimum reduziert wird. Derartige Röhren können von beliebiger bekannter Art sein, wie sie in der Technik der Röhrenreaktoren verwendet werden. Auch die Kernbrennstoffelemente bestehen aus Anordnungen bekannter Art. Diese Anordnungen können, wie allgemein bekannt, innerhalb der genannten Röhren angeordnet sein.
Es ist
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jedoch auch möglich, die Elemente ausserhalb der genannten Röhren anzuordnen, wobei der Moderatortcil mit veränderlicher Temperatur innerhalb der genannten Röhren angeordnet wird.
Eine bestimmte, die Erfindung nicht begrenzende Ausführungsform ist in der Figur schematisch gezeigt.
Das Kühlmedium gelangt in einen Behälter 2 über eine oder mehrere Röhren 3. Es fliesst an den Wänden des Behälters 2 hinab und verteilt sich in horizontaler Richtung in dem Raum 4. Wenn es aufwärts zwischen den die den Moderator enthaltenden Röhren 10 umgebenden Brennstoffelementen fliesst, wird es erwärmt.
Die ganze Anordnung bildet den Kern 1. Das Kühlmedium wird in dem Raum 5 gesammelt und verlässt den Behälter durch eine oder mehrere Röhren 6.
Das Kühlmedium kann die dem Kern 1 entzogene Wärme irgendeinem andern Medium, beispielsweise in einem Wärmeaustauscher 7, abgeben.
Natürlich kann das Kühlmedium auch auf einem andern Weg durch den Kern geführt werden. Es kann beispielsweise bei 6 eintreten und bei 3 den Kern verlassen, in der einen Richtung hin- und in der andern Richtung innerhalb des Kerns zurückgeführt werden und die Wärme an ein anderes Gerät als den gezeigten Wärmeaustauscher 7 abgeben.
Bei dem besonderen gezeigten Ausführungsbeispiel durchfliesst das Moderatormedium, das eine ge- wünsche Temperatur und eine gewünschte Zusammensetzung besitzt, einen Kreis, der vollkommen unabhängig von dem des Kühlmediums ist.
Das Moderatormedium gelangt in den Behälter 2 über ein Rohr 8. Es teilt sich innerhalb eines Vertei- lers 9 und steigt in den sich innerhalb des Kerns 1 befindenden Kammern empor.
Das beim Durchgang durch den Kern erhitzte Moderatormedium wird bei 11 gesammelt und durch ein Rohr 12 in einen Apparat 13, beispielsweise einen Wärmeaustauscher, geführt, der es wieder auf die gewünschte Temperatur bringt.
Wie bei dem Kühlmedium kann auch das Moderatormedium statt in Aufwärtsrichtung abwärts durch den Kern fliessen. Es kann auch entlang eines einfachen oder vielfachen Weges quer durch den Kern geführt werden. Die den Moderator enthaltenden, im Kern angeordneten Kammern können in Reihe oder parallel gespeist werden, und die Ein- und Ausgänge können auf beiden Seiten oder auf derselben Seite des Kerns angeordnet sein.
Die Figur zeigt weiterhin : einen Drosselstab 14, einen Antriebsmechanismus 15 für den Drosselstab 14, eine Deckplatte 16 für den Behälter, einen Teil 4 des Reflektors 17, eine Wärmeabschirmung 18.
Um den Wärmeaustausch zwischen den auf verschiedenen Temperaturen befindlichen Medien zu gering zu halten, ist für den ganzen Kreis, dessen Temperatur sich verändern kann, innerhalb des Behälters eine Wärmeisolierung vorgesehen. Die Isolierung kann von beliebiger Art sein und muss mit den Erfordernissen für die verschiedenen Bestandteile im Einklang stehen. Innerhalb des Kerns sollen Stoffe verwendet werden, die beispielsweise möglichst wenig Neutronen absorbieren. Eine andere Möglichkeit der Wärmeisolation besteht in dem bekannten Prinzip der Verwendung von Kammern mit stehendem Wasser, die aus dünnen Blechen aus Zirkoniumlegierung aufgebaut sind. In andern Fällen ist es möglich, brauchbarere und weniger kostspielige Verfahren zu verwenden, insbesondere dort, wo die Erfordernisse im Hinblick auf die nuklearen Vorgänge im Kern weniger scharf sind.
Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Reaktors ist der Behälter des Reaktors mit einem äusseren Arbeitskreis von bekannter Art sowie mit einem Regelkreis versehen. Der letztere verwendet bei dem besonderen Ausführungsbeispiel, das hierin beschrieben wird, als Arbeitsmedium den Moderator selbst, der eine Mischung von schwerem und leichtem Wasser ist und dessen Zusammensetzung stufenweise, wie oben beschrieben, beispielsweise mittels zwei Röhren erfolgt, von denen die eine leichtes Wasser zuführt und die andere für den Abzug der äquivalenten Menge der anfänglichen Mischung sorgt.
Die Temperatur des in den Kammern befindlichen Moderators kann auf beliebige bekannte Art reguliert werden.
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dass sie mit der Beschaffenheit und den Eigenschaften des Moderators und der verwendeten Kühlart in Einklang ist, so dass ein genügend grosser überstreichbarer Bereich der Reaktivität vorhanden ist und der Reaktor auf die oben beschriebene Weise arbeiten kann. Es kann sich jedoch als wirtschaftlicher erweisen, die untere Temperatur T2 auf einen genügend hohen Wert festzulegen, um die praktische Ausnutzung der durch den Moderator innerhalb des Kerns aufgenommenen Wärme besser zu gewährleisten.
Als obere Temperaturgrenze Tl wird im allgemeinen ein möglichst hoher Wert gewählt, z. B. die Temperatur, welche der Entwurfsgren7e des Reaktors entspricht. Falls das Reguliermedium oder der Moderator in flüssigem Zustand verwendet wird, ist es möglich, den Wert Tl so zu wählen, dass er gleich oder annähernd gleich der Sättigungstemperatur bei Betriebsdruck ist.
Die Tatsache, dass der Kühl- und Regulierungskreis vollkommen voneinander getrennt sind, erlaubt die Verwendung verschiedener Flüssigkeiten für diese zwei Aufgaben. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich, für die beiden Kreise im wesentlichen gleiche Medien zu verwenden und deren Zusammensetzung in gleicher Weise während der verschiedenen Lebensstufen des Kerns zu verändern.
In diesem Falle fliesst ein und dasselbe Medium innerhalb des Kerns bei verschiedenen Temperaturen durch getrennte Kreise.
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schematisch in der Figur gezeigt ist, werden zur Verdeutlichung der Vorteile hier angegeben :
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<tb> Wärmeleistung......................................... <SEP> 76 <SEP> MW
<tb> Brennstoffart <SEP> U02
<tb> Gesamtgewicht <SEP> des <SEP> 1420 <SEP> kg <SEP>
<tb> Aussendurchmesser <SEP> der <SEP> Brennstoffelemente <SEP> mit <SEP> Umkleidung. <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP> mm
<tb> Art <SEP> der <SEP> Umkleidung <SEP> ............................ <SEP> rostfreier <SEP> Stahl
<tb> Art <SEP> des <SEP> Brennstoffes <SEP> .......................... <SEP> angereichertes <SEP> U
<tb> Durchschnittliche <SEP> Anfangsanreicherung <SEP> in <SEP> U-235..........
<SEP> 7%
<tb> Art <SEP> des <SEP> Moderators <SEP> und <SEP> des <SEP> Kühlmediums <SEP> eine <SEP> Mischung <SEP> von <SEP> D2O-H2O
<tb> Volumen <SEP> des <SEP> Kühlmittels
<tb> Verhältnis <SEP> .................. <SEP> im <SEP> Kern <SEP> 1,41
<tb> Volumen <SEP> des <SEP> UO2
<tb> Moderatorvolumen
<tb> Verhältnis <SEP> ........................ <SEP> im <SEP> Kern <SEP> 2,77
<tb> Volumen <SEP> des <SEP> UO2 <SEP>
<tb> Verhältnis <SEP> Volumen <SEP> des <SEP> Kühlmittels- <SEP> Moderatorvolumen
<tb> Verhältnis <SEP> ...
<SEP> im <SEP> Kern <SEP> 4,18
<tb> Volumen <SEP> des <SEP> UO2 <SEP>
<tb> Dicke <SEP> des <SEP> radialen <SEP> Reflektors <SEP> 0, <SEP> 300 <SEP> m <SEP>
<tb> Dicke <SEP> des <SEP> axialen <SEP> Reflektors <SEP> 0, <SEP> 300 <SEP> m <SEP>
<tb> Aktive <SEP> Höhe <SEP> des <SEP> Kerns <SEP> 1 <SEP> m <SEP>
<tb> Aktiver <SEP> durchschnittlicher <SEP> Durchmesser <SEP> des <SEP> Kerns......... <SEP> In <SEP>
<tb> Maximalverhältnis <SEP> maximaler <SEP> Wärmefluss <SEP> :
<SEP> durchschnittlicher
<tb> Fluss <SEP> während <SEP> der <SEP> Lebenszeit <SEP> des <SEP> Kerns <SEP> 2
<tb> Betriebsdruck <SEP> für <SEP> das <SEP> Kühlmittel <SEP> 150 <SEP> kg/cm2
<tb> Betriebsdruck <SEP> für <SEP> den <SEP> Moderator <SEP> 150 <SEP> kg/cm2
<tb> Maximale <SEP> Betriebstemperatur <SEP> des <SEP> Moderators........... <SEP> " <SEP> 3000 <SEP> C <SEP>
<tb> Minimale <SEP> Betriebstemperatur <SEP> des <SEP> Moderators <SEP> 1800 <SEP> C <SEP>
<tb> Durchschnittsbetriebstemperatur <SEP> des <SEP> Kühlmittels..........
<SEP> 300 <SEP> <SEP> C <SEP>
<tb> Eingangsbetriebstemperatur <SEP> des <SEP> Kühlmittels <SEP> 290 <SEP> <SEP> C <SEP>
<tb> Ausgangsbetriebstemperatur <SEP> des <SEP> Kühlmittels <SEP> 310 <SEP> <SEP> C <SEP>
<tb> Anfängliche <SEP> Zusammensetzung <SEP> des <SEP> Moderators <SEP> 92% <SEP> D20 <SEP>
<tb> Endzusammensetzung <SEP> des <SEP> Moderators.................... <SEP> 42% <SEP> D20 <SEP>
<tb> Durchschnittliches <SEP> erreichbares <SEP> Abbrennen <SEP> 45000 <SEP> MWj/Te
<tb> Endprozentsatz <SEP> des <SEP> spaltbaren <SEP> Pu <SEP> (239+241) <SEP> .............. <SEP> 1, <SEP> 000% <SEP>
<tb> Endprozentsatz <SEP> des <SEP> U-235...........................,.. <SEP> 2, <SEP> 8% <SEP>
<tb> Wärmeleistung <SEP> pro <SEP> Liter <SEP> des <SEP> Kerns...................... <SEP> 83, <SEP> 0 <SEP> kW/l <SEP>
<tb> Wärmeleistung <SEP> pro <SEP> kg <SEP> Ut2 <SEP> ..
<SEP> 45,7 <SEP> kW/kg
<tb> Wärmeleistung <SEP> pro <SEP> kg <SEP> U <SEP> ....................... <SEP> 52 <SEP> kW/kg
<tb>
Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung zahlreiche Veränderungen dieser Werte vorgenommen werden. Es ist z. B. möglich, die ganze durch den Kern erzeugte Wärme mittels siedendem Wasser an Stelle von unter Druck stehendem Wasser abzuleiten, wobei das Wasser aus einer Mischung von schwerem und leichtem Wasser besteht. Weiterhin ist es möglich, nassen oder überhitzten Dampf aus gewöhnlichem Wasser bei einem Druck von 150 kg/cm2 oder einem andern Druck zu verwenden. Als Kühlmittel kann auch ein organischer Stoff, z. B. Triphenyl (Terphenyl) dienen.
Eine weitere Variation wäre, für die Brennstoffelemente leicht angereichertes Urankarbid, das mit nichtporösem Graphit bekleidet ist, zu verwenden, wobei als Kühlmittel ein unter hohem Druck, beispielsweise 150 kg/cm2, stehendes Gas, beispielsweise CO2 oder He, und als Moderator eine Mischung aus schwerem und leichtem Wasser dienen kann.
Die Brennstoffelemente könnten auch aus UC-Graphit bestehen und das Kühlmittel ein unter hohem Druck stehendes Gas sein, während ein fester Moderator verwendet wird, der als Hauptbestandteil beispielsweise Graphit und/oder Beryllium oder Zirkoniumhydrid enthält ; der Regulierungskreis kann mit einem unter hohem Druck stehenden Gas ausgeführt, sein.
Schon diese verschiedenen Beispiele, die keineswegs die Erfindung begrenzen sollen, zeigen die vielen Variationsmöglichkeiten bei dem erfindungsgemässen Reaktor und die leichte Anpassungsmöglichkeit an alle technischen Änderungen in seinen Bestandteilen, nämlich Brennstoffelementen, Kühlmittel, Moderator usw.
Für alle Ausführungsformen des erfindungsgemässen Reaktors ergeben sich die soeben aufgezählten Merkmale. Von den vielen Vorteilen, die der erfindungsgemässe Reaktor aufweist, sei auf folgende hingewiesen :
Eine wesentliche Steigerung des Abbrennens, das ermöglicht, dass der Bereich der Reaktivität, in dem eine Kompensation des genannten Abbrennens möglich ist, beträchtlich erweitert wird.
Eine ausgezeichnete Neutronenausbeute bei voller Leistung und ein sehr guter Verteilungsfaktor für die thermische Leistung innerhalb des Kerns, was sich in der Praxis sehr vorteilhaft auf die Kosten des ganzen Abbrennvorgangs auswirkt, u. zw. in Form einer hohen spezifischen Leistung sowohl pro Kilogramm des verwende-
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ten Materials (Uran-D20 usw.) als auch pro Liter des wirklichen Kernvolumens, weiterhin durch eine
Reduzierung der Installationskosten für den Primärkreis und durch eine beträchtliche Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrades, der sich für den Lcistungskreis ergibt.
Die Möglichkeit, die ver- schiedcnsten Stoffe zu verwenden, u. zw. unabhängig voneinander für den Kernstoff, für den Moderator und für die Kühlung des Kerns, und die Möglichkeit, diese Materialien so auszuwählen, dass sich technisch und wirtschaftlich bessere Eigenschaften des Reaktors ergeben.
Die Reduzierung der gebundenen Moderatormenge auf ein äusserstes Minimum ; dies ist, vom wirt- schaftlichen Standpunkt gesehen, dann wichtig, wenn der Moderator aus teurem Material, beispielsweise schwerem Wasser, Beryllium oder dessen Oxyd oder aus Zirkoniumhydrid besteht.
Die besondere Einfachheit der Mittel, welche die Regulierung der Reaktivität innerhalb eines sehr grossen Bereichs ermöglichen. Diese Mittel sind, wie schon gezeigt, beschränkt auf eine stetige Kontrolle der Temperatur des Regulierkreises und auf eine unstetige Veränderung der Zusammensetzung des Moderators in periodischen Abständen. Diese Mittel können im einfachsten Falle beispielsweise zwei handbetätigte Ventile sein, von denen das eine die primäre oder sekundäre Abgabe des Regulierkreises und das andere den Einlass von gewöhnlichem Wasser in den Moderator regulieren. Dies ist in regelmässigen Zeitabständen der Fall, wenn der Moderator aus einer Mischung von schwerem und leichtem Wasser besteht.
Diese angewendeten Mittel sind somit sehr raumsparend, ausserdem billig und betriebssicher. Sie können auch unter geringen Kosten automatisiert werden. Alle diese hervorstechenden Eigenschaften sind vom technischen und wirtschaftlichen Standpunkt für Leistungsreaktoren, insbesondere für solche Reaktoren, die zum Schiffsantrieb verwendet werden, von grosser Bedeutung.
Es lassen sich einfache und zuverlässige Sicherheitsvorkehrungen treffen. Die dazu verwendeten Mittel können beispielsweise aus absorbierenden Stäben bestehen, die mit keiner Verlängerung versehen sind und die nicht gemeinsam mit der Anordnung der Brennstoffelemente angeordnet sein sollten ; diese Stäbe können leicht sein, so dass sich eine Reduzierung der Kosten und des erforderlichen Raumes für die Betätigungsmechanismen dieser Stäbe ergibt. Da anderseits diese Stäbe zum Stillegen des Reaktors in den Moderator und nicht in das Kühlmittel eingestossen werden, besteht nicht die Gefahr, dass sie einen positiven Wert für den Reaktivitätskoeffizienten des Kerns als Funktion der Temperatur des Kühlmittels hervorrufen. Die erreichte Sicherheit ist deshalb ausserordentlich gross.
Die eben genannten Vorteile ermöglichen es, Reaktoren gemäss der Erfindung zu bauen, die, auch wenn sie für kleine und mittlere Leistungen ausgelegt werden, die abgegebene Energie mit weniger Kosten erzeugen als die bekannten Vorrichtungen, u. zw. zu einem Preis, der in der Höhe des Preises der klassischen Energieerzeugungsmittel liegt. Wie schon vorstehend ausgeführt, kann als besonderes Arbeitsgebiet der Schiffsantrieb genannt werden, für den der erfindungsgemässe Reaktor wegen seiner Kompaktheit und seiner leichten Bedienung besonders geeignet ist.
PATENTANSPRÜCHE :
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